โดยปกติแล้วนักวิทยาศาสตร์ที่ศึกษาต้นไม้มักจะแบ่งลักษณะของเนื้อไม้ของมันออกเป็น 2 ประเภท ตามโครงสร้างและความแข็งแรงของไม้ ได้แก่ ไม้เนื้ออ่อน ซึ่งเป็นต้นไม้ที่เจริญเติบโตเร็ว เช่นต้นสัก ต้นยางพารา และไม้เนื้อแข็ง เช่น ต้นโอ็กหรือเมเปิ้ล ที่ต้องใช้เวลาหลายทศวรรษกว่าจะเติบโตเต็มที่และสร้างเนื้อไม้ที่หนาแน่นและแข็งแรง
อย่างไรก็ตามต้นไม้ทั้งสองประเภทล้วนเป็นแหล่งดูดซับคาร์บอนตามธรรมชาติ ซึ่งหมายความว่ามันจะดูดคาร์บอนไดออกไซด์ (CO₂) จากอากาศในปริมาณมหาศาลและกักเก็บเอาไว้ในเนื้อไม้ แต่ในบรรดาต้นไม้ทั้งหมด ‘ต้นทิวลิป’ (Tulip tree; Liriodendron tulipifera) ถือว่าเป็นต้นไม้ที่ดูดซับคาร์บอนได้ดีที่สุด
แม้จะชื่อทิวลิปแต่ก็ไม่เหมือนต้น ‘ดอก’ ทิวลิปที่เรารู้จักกัน และก็ไม่ใช่ต้นแคแสด ที่มีชื่อภาษาอังกฤษว่า ‘African Tulip Tree’ แต่ต้นทิวลิปที่ว่านี้ เป็นพืชพื้นเมืองของทวีปอเมริกาเหนือ ที่คนพื้นเมืองรู้จักในอีกชื่อหนึ่งว่า ‘American tulip tree’ หรือ ‘ต้นป๊อปล่าเหลือง’ (yellow-poplar) ซึ่งสามารถพบได้มากในพื้นที่ตอนกลางของมหาสมุทรแอตแลนติกของสหรัฐฯ
นักวิทย์ฯ กล่าวว่า ป่าที่มีต้นไม้ชนิดนี้ปกคลุมจะสามารถเก็บคาร์บอนได้มากกว่าป่าที่มีพืชชนิดอื่นอาศัยอยู่มากถึง 2-6 เท่า ยิ่งไปกว่านั้น ต้นทวิลิปยังมีญาติสนิทเป็น ‘ต้น Liriodendron ’ (Chinese tulip tree; Liriodendron chinense) ต้นไม้โบราณ ที่สามารถเอาชีวิตรอดจากช่วงเวลาที่ปริมาณ CO₂ ในชั้นบรรยากาศเข้มข้นมากที่สุด เมื่อ 30-50 ล้านปีก่อน
จากสภาพแวดล้อมที่เลวร้ายในอดีต ทำให้ต้นไม้หายไปแทบทิ้งสิ้น เหลือเพียงต้นไม้ 2 สายพันธุ์นี้เท่านั้นที่รอดชีวิตมาได้จนถึงปัจจุบัน และมันยังคงรักษาความสามารถในการเอาตัวรอดที่น่าทึ่งนี้เอาไว้ ซึ่งนักวิทยาศาสตร์เพิ่งค้นพบความอัศจรรย์นี้ได้ไม่นานตามรายงานในวารสาร New Phytologist
“สิ่งนี้อธิบายว่าทำไมต้นทิวลิปจึงมีประสิทธิภาพสูงในการกักเก็บคาร์บอน” แจน ลีชัคคอฟสกี (Jan Łyczakowski) นักชีวเคมีหนึ่งในทีมวิจัยจากมหาวิทยาลัยยาเกียลโลเนียนในโปแลนด์ กล่าว
ที่ผ่านมานักวิทยาศาสตร์มีวิธีศึกษาเนื้อไม้กันแบบง่าย ๆ นั่นคือการวิเคราะห์โครงสร้างภายในของมัน หากมีเนื้อแน่นก็จะเป็นไม้เนื้อแข็ง อย่างไรก็ตามทางทีมวิจัยระบุว่าวิธีเหล่านั้นละเลยความแตกต่างระหว่างไม้ที่ยังมีชีวิตและไม้ที่แห้ง ซึ่งส่วนใหญ่แล้วมักจะศึกษากันแบบหลัง
นั่นทำให้เกิดปัญหาบางประการขึ้นมา เนื่องจากเนื้อไม้ มีการเปลี่ยนแปลงในระดับโมเลกุลหากไม่มีน้ำ ดังนั้นจึงจำเป็นต้องสังเกตไม้ในขณะที่มันยังเปียกอยู่ พวกเขาจึงนำไม้หลายชนิดกว่า 33 สายพันธุ์ที่อยู่ในสวนพฤกษศาสตร์ของมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ไปตรวจสอบด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนในอุณหภูมิต่ำที่ห้องปฏิบัติการเซนซ์บูรีของมหาวิทยาลัย
ด้วยวิธีนี้ทำให้นักวิทยาศาสตร์มองเห็นโครงสร้างในระดับนาโนเมตร ซึ่งเล็กกว่าเส้นผมมนุษย์ถึง 6,000 เท่า ในขณะเดียวกันก็ยังคงสามารถรักษาความชื้นของไม้เอาไว้ได้ทำให้เห็นภาพที่ชัดเจนว่าไม้เป็นอย่างไรในขณะที่ต้นไม้ยังมีชีวิตอยู่
“แม้จะมีความสำคัญ แต่เราก็รู้เพียงเล็กน้อยเท่านั้นว่าโครงสร้างของไม้มีวิวัฒนาการและการปรับตัวอย่างไรกับสภาพแวดล้อมภายนอก” ลีชัคคอฟสกี กล่าว “เราได้ค้นพบสิ่งใหม่ที่สำคัญในการตรวจสอบครั้งนี้คือ โครงสร้างจุลภาคของไม้รู้แบบใหม่โดยสิ้นเชิงที่ไม่เคยพบเห็นมาก่อน”
พวกเขาพบว่าองค์ประกอบหลักที่ทำให้ต้นไม้มีความแข็งแรงก็คือสิ่งที่เรียกว่า ‘ผนังเซลล์ทุติยภูมิ’ (secondary cell walls) ไม่เพียงเท่านั้นมันยังเป็นแหล่งกักเก็บคาร์บอนหลักในโครงสร้างที่เรียกว่า มาโครไฟบริล (macrofibril)
มันเป็นเส้นใยที่ประกอบด้วยเซลลูโลสเป็นส่วนใหญ่ซึ่งเป็นองค์ประกอบพื้นฐานทางเคมีของไม้ และทำให้พืชมีความแข็งแรง อย่างไรก็ตามเส้นผ่านศูนย์กลางของมันมีความแตกต่างกันอย่างมากระหว่างไม้เนื้อแข็งและไม้เนื้ออ่อน เช่น ในไม้เนื้ออ่อนอย่างต้นสนและต้นสนสปรูซ ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางที่ 28 นาโนเมตร (nm)
ขณะที่ไม้เนื้อแข็งจะมีเส้นผ่านศูนย์กลางอยู่ที่ 16 nm แต่อย่างไรก็ตาม ‘ต้นทิวลิป’ นั้นมีเส้นผ่านศูนย์กลางที่ 22 nm ซึ่งอยู่ตรงกลางระหว่างไม้เนื้อแข็งและไม้เนื้ออ่อน ซึ่งถือเป็นสิ่งใหม่ที่นักวิทยาศาสตร์ไม่เคยเห็นมาก่อน มันไม่ได้เป็นไม้เนื้อแข็งหรือไม้เนื้ออ่อน ผู้เชี่ยวชาญจึงจัดให้มันเป็น ‘เนื้อไม้แบบมิดวู้ด’
แต่เหตุใด ‘เนื้อไม้แบบมิดวู้ด’ จึงมีความพิเศษในการกักเก็บคาร์บอน ทีมวิจัยยังไม่สามารถระบุสาเหตุที่แน่ชัดได้ แต่พวกเขาเชื่อว่าอาจเกี่ยวข้องกับแรงกดดันทางวิวัฒนาการที่ต้นไม้เหล่านี้ต้องเผชิญเมื่อหลายล้านปีก่อน
เมื่อต้นทิวลิปวิวัฒนาการขึ้นมาครั้งแรก ระดับ CO₂ ในชั้นบรรยากาศก็ลดลงจากประมาณ 1,000 ส่วนต่อล้านส่วน (ppm) เหลือ 500 ppm การลดลงของ CO₂ นี้อาจทำให้ต้นไม้ชนิดนี้จำเป็นต้องพัมนาวิธีการใหม่ ๆ เพื่อกักเก็บคาร์บอนที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น และนำไปสู่โครงสร้างไมโครไฟบริลที่ไม่เหมือนใคร
“ข้อมูลการสำรวจของเราทำให้เราเข้าใจอย่างลึกซึ่งยิ่งขึ้นเกี่ยวกับความสัมพันธ์เชิงวิวัฒนาการระหว่างโครงสร้างระดับนาโนของไม้และองค์ประกอบของผนังเซลล์ ซึ่งแตกต่างกันไปตามสายพันธุ์ของพืช” ดร. เรย์มอนด์ ไวท์แมน (Raymond Wightman) ผู้จัดการฝ่ายสิ่งอำนวยความสะดวกหลักของกล้องจุลทรรศน์ กล่าว
ต้นไม้ชนิดนี้ได้สร้างโครงสร้างใหม่ขึ้นมาราวกับบอกว่าพวกมัน ‘ต้องการคาร์บอน’ ทำให้ไม้ชนิดใหม่นี้อาจมีศักยภาพในการเป็นผู้ช่วยเหลือมนุษยชาติในการต่อสู้กับการเปลี่ยนแปลงสภาพอากาศที่กำลังรุนแรงขึ้นในทุก ๆ วัน พวกเขาหวังจะขยายความรู้เพิ่มมากขึ้นไปอีก ซึ่งเป็นไปได้ว่าอาจมีต้นไม้ที่เป็น ‘ไม้กลาง’ ในพืชชนิดใหม่ ๆ เพิ่มขึ้น
“การวิจัยนี้แสดงให้เห็นถึงคุณค่าและผลกระทบอย่างต่อเนื่องที่สวนพฤกษศาสตร์มีส่วนสนับสนุนงานวิจัยในปัจจุบัน การศึกษานี้จะไม่สามารถเกิดขึ้นได้เลยหากไม่มีพืชหลากหลายชนิดที่แสดงให้เห็นถึงช่วงเวลาแห่งวิวัฒนาการ ซึ่งทั้งหมดต่างเติบโตไปด้วยกันในสถานที่เดียวกัน ในคอลเลคชั่นเดียวกันของสวนพฤกษศาสตร์แห่งมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์” ดร. ไวท์แมน กล่าว
สืบค้นและเรียบเรียง
วิทิต บรมพิชัยชาติกุล
ที่มา
https://nph.onlinelibrary.wiley.com