Existe un interés creciente en todo el mundo por utilizar madera como encendedor, Alternativa constructiva más sostenible al acero y hormigón. Si bien la madera se ha utilizado en edificios durante milenios, sus propiedades mecánicas no tienen, todavía, a la altura de todos los estándares de construcción modernos para las principales superestructuras. Esto se debe en parte a una comprensión limitada de la estructura precisa de las celdas de la madera.

La investigación, publicado hoy en la revista Fronteras en la ciencia de las plantas , también ha identificado la planta Arabidopsis thaliana como un modelo adecuado para ayudar a dirigir futuros programas de mejoramiento forestal.

Dr. Jan Lyczakowski, el primer autor del artículo del Departamento de Bioquímica de la Universidad de Cambridge, que ahora tiene su sede en la Universidad Jagiellonian, dijo, "Es la arquitectura molecular de la madera la que determina su fuerza, pero hasta ahora no conocíamos la disposición molecular precisa de las estructuras cilíndricas llamadas macrofibrillas en las células de la madera. Esta nueva técnica nos ha permitido ver la composición de las macrofibrillas, y cómo la disposición molecular difiere entre plantas, y nos ayuda a comprender cómo esto podría afectar la densidad y la resistencia de la madera ".

Los bloques de construcción principales de madera son las paredes secundarias alrededor de cada celda de madera, que están hechos de una matriz de polímeros grandes llamados celulosa y hemicelulosa, e impregnado de lignina. Los árboles como la secuoya gigante solo pueden alcanzar sus grandes alturas debido a estas paredes celulares secundarias, que proporcionan una estructura rígida alrededor de las células en sus troncos.

El equipo del Departamento de Bioquímica y Laboratorio Sainsbury (SLCU) de la Universidad de Cambridge adaptó la microscopía electrónica de barrido de baja temperatura (crio-SEM) para obtener imágenes de la arquitectura a nanoescala de las paredes de las células de los árboles en su estado de vida. Esto reveló el detalle microscópico de las macrofibrillas de la pared celular secundaria, que son 1000 veces más estrechos que el ancho de un cabello humano.

Para comparar diferentes árboles, recogieron muestras de madera de abeto, gingko y álamos en el Jardín Botánico de la Universidad de Cambridge. Las muestras se congelaron rápidamente a menos 200 ° C para preservar las células en su estado hidratado vivo, luego se recubre con una película de platino ultrafina de tres nanómetros de espesor para proporcionar un buen contraste visible bajo el microscopio.

"Nuestro crio-SEM es un avance significativo sobre las técnicas utilizadas anteriormente y nos ha permitido obtener imágenes de células de madera hidratadas por primera vez", dijo el Dr. Raymond Wightman, Gerente de instalaciones centrales de microscopía en SLCU. "Ha revelado que existen estructuras de macrofibrillas con un diámetro superior a 10 nanómetros tanto en especies de madera blanda como de frondosas, y confirmó que son comunes en todos los árboles estudiados ".

Cryo-SEM es una poderosa herramienta de imágenes para ayudar a comprender los diversos procesos subyacentes al desarrollo de la planta. La microscopía previa de madera se limitaba a muestras de madera deshidratada que debían secarse, calentados o procesados ​​químicamente antes de que pudieran ser fotografiados.

El equipo también tomó imágenes de las paredes celulares secundarias de Arabidopsis thaliana, una planta anual ampliamente utilizada como planta de referencia estándar para la investigación en genética y biología molecular. Descubrieron que también tenía estructuras de macrofibrillas prominentes. Este descubrimiento significa que Arabidopsis podría utilizarse como modelo para futuras investigaciones sobre la arquitectura de la madera. Usando una colección de plantas de Arabidopsis con diferentes mutaciones relacionadas con la formación de su pared celular secundaria, el equipo pudo estudiar la participación de moléculas específicas en la formación y maduración de macrofibrillas.

Dr. Matthieu Bourdon, un investigador asociado en SLCU, dijo, "Las variantes de Arabidopsis nos permitieron determinar la contribución de diferentes moléculas, como la celulosa, xilano y lignina:para la formación y maduración de macrofibrillas. Como resultado, ahora estamos desarrollando una mejor comprensión de los procesos involucrados en el ensamblaje de las paredes celulares ".

La riqueza de los recursos genéticos de Arabidopsis ofrece una herramienta valiosa para estudiar más a fondo la compleja deposición de polímeros de la pared celular secundaria. y su papel en la definición de la fina estructura de las paredes celulares y cómo maduran hasta convertirse en madera.

"Visualizar la arquitectura molecular de la madera nos permite investigar cómo cambiar la disposición de ciertos polímeros dentro de ella podría alterar su resistencia, "dijo el profesor Paul Dupree, coautor del estudio en el Departamento de Bioquímica de Cambridge. "Comprender cómo se unen los componentes de la madera para crear estructuras súper fuertes es importante para comprender cómo maduran las plantas, y para el diseño de nuevos materiales ".

"Existe un interés creciente en todo el mundo por utilizar la madera como material de construcción más ligero y ecológico, "añadió Dupree." Si podemos aumentar la resistencia de la madera, es posible que comencemos a ver más construcciones importantes que se alejan del acero y el hormigón hacia la madera ".