På grund av deras världsomspännande distribution, träd har en extraordinär roll i att ta bort alltför stora mängder CO ₂ släpps ut i atmosfären av mänsklig aktivitet. Än så länge, dock, Det finns inget verktyg för att exakt beräkna trädens koldioxidupptag under hela deras livstid. Med hjälp av en decennielång sekvens av årliga tillväxtringar från tallar, forskare vid NMR -centret vid Umeå universitets kemiska biologiska centrum, (KBC) har introducerat en mycket avancerad teknik för att spåra växternas kolmetabolism och dess miljökontroller. Denna teknik lägger grunden för mycket förbättrade parametriseringar av klimatförändringar och globala vegetationsmodeller.

Koldioxid (CO ₂ ) upptag genom växtfotosyntes ses generellt som ett sätt att motverka stadigt ökande koncentrationer i atmosfärisk CO ₂ och klimatförändringar. I kortsiktiga experiment, förhöjd CO ₂ har visat sig öka fotosyntesen, men det är osäkert om denna slumpmässiga effekt kommer att bestå under de kommande decennierna och under föränderliga klimat.

Forskare vid institutionen för medicinsk biokemi och biofysik vid Umeå universitet har under de senaste åren arbetat med att utveckla metoder som möjliggör förfining av klimatmodeller, att bedöma växternas roll för att minska koldioxidkoncentrationen i atmosfären, och även för att belysa hur växternas ämnesomsättning påverkas av klimatförändringar. Dessa frågor kan inte besvaras med kortsiktiga experiment, Därför använder Umeåforskarna arkiv av växtmaterial, och leta efter spår av processer under decennier. I tidigare publikationer, forskargruppen för Juergen Schleucher visade att vegetationsmodeller bör beakta växternas hela ämnesomsättning. De använde tidigare historiskt växtmaterial i herbarier för att studera utvecklingen av fotosyntes och metabolism i växter över en längre tid och kunde därmed göra förutsägelser för framtiden under förändrade klimatförhållanden.

Med deras senaste publicering i tidskriften Vetenskapliga rapporter , Thomas Wieloch och hans kollegor i Umeå, Österrike, Schweiz och USA rapporterar en innovativ metod för att undersöka ett träds ämnesomsättning under hela dess livstid. Som att använda ett mikroskop istället för ett förstoringsglas, NMR-specialisterna mätte kolisotopförhållanden (13C / 12C) vid alla sex individuella C-H-positioner i fotosyntetisk glukos. Detta i motsats till konventionella tekniker, som inte löser individuella CH-positioner, men bestäm ett medelvärde över alla glukospositioner. I en serie trädringar av svart tall (Pinus nigra), teamet hittade flera nya signaler som rapporterar om metaboliska processer förutom CO ₂ upptag. Således, det nya tillvägagångssättet extraherar mer väldefinierade signaler, och multiplicerar informationsinnehållet i växtarkiv såsom trädringar.

Forskarna tittade sedan på trädringar av 11 trädarter fördelade över hela världen. "Våra resultat från 11 trädarter visar att 13C / 12C-förhållandena vid individuella CH-positioner lämnar ett fingeravtryck av regleringen av metabolism, som verkar vara lika för alla arter, sa Thomas Wieloch.

"Vi har upptäckt flera hittills okända 13C-signaler i cellulosamolekylerna i våra årligen upplösta trädringsprover. Detta betyder att förutom CO ₂ upptag, andra metaboliska processer påverkar också 13C / 12C-förhållanden vid individuella CH-positioner, och signaler som rapporterar om dessa processer kan hämtas från trädringserier. Trädring-serien kan täcka tusentals år, så även frågor om denna tidsram kan hanteras, "förklarar Thomas Wieloch.

"Denna studie visar att vi kan undersöka trädens metaboliska historia med mycket högre upplösning, så att vi möjligen kan upptäcka om träd acklimatiseras under föränderliga klimat, " säger professor Juergen Schleucher, en av de två direktörerna för NMR Center i Umeå. "Vi hoppas verkligen att vår upptäckt att 13C / 12C-förhållandena varierar mellan de individuella C-H-positionerna av trädringcellulosa kommer att ge förbättrade tolkningar av 13C / 12C isotopsignaler för den globala kolcykeln. Baserat på denna nyligen genomförda studie, vi kommer nu att föreslå fysiologiska mekanismer för ursprunget till de nya metabola signalerna, så att vi så småningom kan dechiffrera hur ökande CO ₂ i kombination med förändrat klimat påverkar trädets tillväxt under årtionden. "

"De här senaste NMR-forskningsresultaten från Umeå kan vara mycket relevanta för skogsbruket eftersom det kan ge klimatforskare bättre bakgrundsfakta för sina modeller och ge beslutsfattare nya idéer om hur de kan anpassa sina skogsbruksplaner och göra uppskattningar av trädproduktionen mer realistiska, säger Juergen Schleucher.