Existe un interés creciente en todo el mundo por utilizar la madera como una alternativa de construcción más ligera y sostenible que el acero y el concreto. Si bien la madera se ha utilizado en edificios durante milenios, sus propiedades mecánicas aún no se han comparado con todos los edificios modernosestándares para grandes superestructuras. Esto se debe en parte a una comprensión limitada de la estructura precisa de las celdas de madera.
La investigación, publicada hoy en la revista Fronteras en ciencia de las plantas , también ha identificado la planta Arabidopsis thaliana como un modelo adecuado para ayudar a dirigir futuros programas de mejoramiento forestal.
El Dr. Jan Lyczakowski, primer autor del artículo del Departamento de Bioquímica de la Universidad de Cambridge, que ahora reside en la Universidad Jagiellonian, dijo: "Es la arquitectura molecular de la madera la que determina su resistencia, pero hasta ahora no sabíamos la precisiónLa disposición molecular 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 las plantas, y nos ayuda a entender 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 hechas de una matriz de polímeros grandes llamados celulosa y hemicelulosa, y están impregnadas de lignina. Los árboles como la secoya gigante solo pueden alcanzar sus vastas alturas debido aestas paredes celulares secundarias, que proporcionan una estructura rígida alrededor de las células en sus troncos.
El equipo del Departamento de Bioquímica de la Universidad de Cambridge y el Laboratorio Sainsbury SLCU adaptó la microscopía electrónica de barrido a baja temperatura cryo-SEM para obtener imágenes de la arquitectura a nanoescala de las paredes de las células de los árboles en su estado vivo. Esto reveló el detalle microscópico de la secundariamacrofibrillas de la pared celular, que son 1000 veces más estrechas que el ancho de un cabello humano.
Para comparar diferentes árboles, recolectaron muestras de madera de abetos, 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 vivo hidratado, luego se revistieron en unpelícula de platino ultradelgada de tres nanómetros de grosor para dar 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 de Microscopía en SLCU. "Ha revelado que hay macrofibrilestructuras con un diámetro superior a 10 nanómetros en especies de madera blanda y dura, y confirmaron que son comunes en todos los árboles estudiados ".
Cryo-SEM es una poderosa herramienta de imagen para ayudar a comprender los diversos procesos que subyacen al desarrollo de la planta. La microscopía previa de madera se limitaba a muestras de madera deshidratadas que tenían que secarse, calentarse o procesarse químicamente antes de poder obtener imágenes.
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 genética y de biología molecular. Descubrieron que también tenía estructuras prominentes de macrofibril. Este descubrimiento significa que Arabidopsis podría usarse comoun modelo para futuras investigaciones sobre arquitectura de madera. Utilizando una colección de plantas de Arabidopsis con diferentes mutaciones relacionadas con su formación secundaria de pared celular, el equipo pudo estudiar la participación de moléculas específicas en la formación y maduración de macrofibrillas.
El Dr. Matthieu Bourdon, investigador asociado de SLCU, dijo: "Las variantes de Arabidopsis nos permitieron determinar la contribución de diferentes moléculas, como la celulosa, el xilano y la lignina, a la formación y maduración de macrofibril. Como resultado, estamosahora 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 deposición compleja de polímeros secundarios de la pared celular y su papel en la definición de la estructura fina de las paredes celulares y cómo maduran 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 cómolos componentes de la madera se unen para crear estructuras súper fuertes, es importante para comprender cómo maduran las plantas y para diseñar nuevos materiales ".
"Existe un interés creciente en todo el mundo por utilizar la madera como material de construcción más liviano y ecológico", agregó Dupree. "Si podemos aumentar la resistencia de la madera, podemos comenzar a ver más construcciones importantes que se alejan del acero y el concreto a la madera""
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Cambridge . La historia original tiene licencia bajo a Licencia Creative Commons . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cita esta página :