Dankzij hun wereldwijde distributie, bomen spelen een buitengewone rol bij het verwijderen van buitensporige hoeveelheden CO ₂ door menselijke activiteit in de atmosfeer terecht gekomen. Tot dusver, echter, er bestaat geen instrument om de kooldioxide-opname van bomen over hun hele leven nauwkeurig te berekenen. Met behulp van een tien jaar durende reeks jaarlijkse jaarringen van pijnbomen, wetenschappers van het NMR Centrum van het Chemisch Biologisch Centrum van de Universiteit van Umeå, (KBC) hebben een zeer geavanceerde techniek geïntroduceerd om het koolstofmetabolisme van planten en hun omgevingscontroles te volgen. Deze techniek legt de basis voor sterk verbeterde parameterisaties van klimaatverandering en globale vegetatiemodellen.

Kooldioxide (CO ₂ ) opname door fotosynthese van planten wordt over het algemeen gezien als een manier om gestaag toenemende concentraties in atmosferische CO . tegen te gaan ₂ en klimaatverandering. Bij kortetermijnexperimenten verhoogde CO ₂ blijkt de fotosynthese te verhogen, maar het is onzeker of dit toevallige effect de komende decennia en onder veranderende klimaten zal aanhouden.

Onderzoekers van de afdeling Medische Biochemie en Biofysica van de Universiteit van Umeå hebben de afgelopen jaren gewerkt aan het ontwikkelen van methoden die het mogelijk maken om klimaatmodellen te verfijnen, om de rol van planten te beoordelen om de kooldioxideconcentratie in de atmosfeer te verminderen, en ook om op te helderen hoe het plantenmetabolisme wordt beïnvloed door klimaatverandering. Deze vragen kunnen niet worden beantwoord met kortetermijnexperimenten, daarom gebruiken de Umeå-onderzoekers archieven van plantaardig materiaal, en zoeken naar sporen van processen gedurende decennia. In eerdere publicaties is de onderzoeksgroep van Juergen Schleucher toonde aan dat vegetatiemodellen rekening moeten houden met het volledige metabolisme van de planten. Ze gebruikten eerder historisch plantmateriaal in herbaria om de ontwikkeling van fotosynthese en stofwisseling in planten over een langere periode te bestuderen en konden zo voorspellingen doen voor de toekomst onder veranderde klimaatomstandigheden.

Met hun laatste publicatie in het tijdschrift Wetenschappelijke rapporten , Thomas Wieloch en zijn collega's in Umeå, Oostenrijk, Zwitserland en de VS rapporteren een innovatieve methode om het metabolisme van een boom gedurende zijn hele leven te onderzoeken. Zoals het gebruik van een microscoop in plaats van een vergrootglas, de NMR-specialisten maten koolstofisotoop (13C/12C) verhoudingen op alle zes individuele C-H-posities in fotosynthetische glucose. Dit in tegenstelling tot conventionele technieken, die individuele C-H-posities niet oplossen, maar bepaal een gemiddelde waarde over alle glucoseposities. In een boomringreeks van zwarte den (Pinus nigra), het team vond verschillende nieuwe signalen die naast CO . rapporteren over metabolische processen ₂ opname. Dus, de nieuwe aanpak haalt meer goed gedefinieerde signalen op, en vermenigvuldigt de informatie-inhoud van plantenarchieven zoals jaarringen.

De wetenschappers keken vervolgens naar boomringen van 11 boomsoorten die over de hele wereld verspreid waren. "Onze resultaten van 11 boomsoorten laten zien dat de 13C / 12C-verhoudingen op individuele CH-posities een vingerafdruk achterlaten van de regulatie van het metabolisme, die voor alle soorten gelijk lijkt te zijn, zei Thomas Wieloch.

"We hebben verschillende tot nu toe onbekende 13C-signalen gedetecteerd in de cellulosemoleculen van onze jaarlijks opgeloste boomringmonsters. Dit betekent dat naast CO ₂ opname, andere metabolische processen beïnvloeden ook de 13C / 12C-verhoudingen op individuele C-H-posities, en signalen die over deze processen rapporteren, kunnen worden opgehaald uit boomringreeksen. Boomringseries kunnen duizenden jaren beslaan, zodat zelfs vragen over dit tijdsbestek kunnen worden beantwoord, " legt Thomas Wieloch uit.

"Deze studie laat zien dat we in staat zijn om met een veel hogere resolutie naar de metabolische geschiedenis van bomen te kijken, zodat we mogelijk kunnen detecteren of bomen acclimatiseren onder veranderende klimaten, " zegt professor Jürgen Schleucher, een van de twee directeuren van het NMR Centrum in Umeå. "We hopen echt dat onze ontdekking dat 13C / 12C-verhoudingen variëren tussen de individuele CH-posities van boomringcellulose, verbeterde interpretaties van 13C / 12C-isotoopsignalen voor de wereldwijde koolstofcyclus zal opleveren. Op basis van deze recente studie, we zullen nu fysiologische mechanismen voorstellen voor de oorsprong van de nieuwe metabole signalen, zodat we uiteindelijk kunnen ontcijferen hoe toenemende CO ₂ in combinatie met het veranderende klimaat beïnvloeden de boomgroei gedurende tientallen jaren."

"Deze nieuwste NMR-onderzoeksresultaten van Umeå kunnen zeer relevant zijn voor de bosbouw, omdat het klimaatonderzoekers betere achtergrondfeiten voor hun modellen zou kunnen geven en besluitvormers nieuwe ideeën zou kunnen geven over hoe ze hun bosbeheerplannen kunnen aanpassen en schattingen van de boomproductie realistischer kunnen maken, ", zegt Jürgen Schleucher.