Każdej jesieni liście drzew liściastych ulegają dramatycznej zmianie koloru, po czym tracą swoje nowe odcienie, blakną i umierają. Proces ten może potrwać tygodnie, ale Owen Reiser, student matematyki i biologii z Southern Illinois University Edwardsville, chciał zobaczyć, jak liście zmieniają się w ciągu kilku sekund. „Brałem lekcje biologii terenowej i uczyliśmy się o drzewach liściastych” - mówi. „Od jakiegoś czasu zajmuję się fotografią dzikiej przyrody i upływem czasu, i nie mogłem znaleźć upływu czasu liści zmieniających kolor, więc po prostu się na to zdecydowałem”.
W ciągu sześciu tygodni Reiser wykonał ponad 6000 zbliżeń liści w swoim domowym studio poklatkowym, w tym makroobiektyw i aparat, który kupił w serwisie eBay, światło LED o wartości 10 USD i akumulator, który pozwala aparatowi do ciągłego działania. „To [w zasadzie] karton i kilka taśm izolacyjnych, ale wykonuje zadanie” - mówi.
Reiser zebrał liście z ośmiu różnych drzew liściastych, gatunków takich jak sasafras i klon cukrowy, które co roku zrzucają liście, i robił zdjęcia każdego z nich co 30 do 60 sekund przez maksymalnie trzy dni. Łącząc tysiące zdjęć w jednym filmie, ujawnił scenę zmieniających się liści, która jest o wiele bardziej żywa niż typowa jesienna migawka. W filmie poklatkowym kolor przesiąka przez każdy liść niczym barwnik rozprzestrzeniający się przez tkaninę, odsłaniając dynamiczne wewnętrzne działanie roślin podczas ich transformacji.
David Lee, emerytowany profesor nauk biologicznych na Florida International University i autor Nature's Palette: The Science of Plant Colour , mówi, że nigdy wcześniej nie widział takiego wideo jak Reiser. „Kolor nawet na pojedynczym liściu zmienia się drastycznie, co pokazuje, że zmienia się z czasem”.
Pomimo popularności jesiennych liści, nauka stojąca za zmieniającymi się liśćmi nie jest powszechnie znana. „Każdej jesieni ludzie piszą o zmianie koloru i zazwyczaj artykuły są pełne wszelkiego rodzaju błędów”, mówi Lee. Jednym z największych nieporozumień jest to, że czerwone i żółte liście zmieniają się w ten sam sposób, kiedy faktycznie przechodzą zupełnie inne procesy.
Żółte liście roślin, takich jak oczar wirginijski, są zgodne z tradycyjnym objaśnieniem podręcznika dotyczącym zmiany koloru: rozkład zielonych pigmentów fotosyntetycznych zwanych chlorofilami odsłania żółte pigmenty lub karotenoidy, chowając się pod nimi. (Karotenoidy są tym samym rodzajem pigmentu, który nadaje dyniom i marchewkom ich wyraźne odcienie). Gdy liście nadal marnują się, wytwarzają garbniki i stają się brązowe.
Patrząc pod mikroskopem, chlorofil jest skoncentrowany w okresie życia rośliny w strukturach zwanych chloroplastami. (Kristian Peters - Fabelfroh przez Wikicommons pod CC BY-SA 3.0) Z drugiej strony większość odcieni czerwonych, takich jak te w czerwonych dębach, pochodzi z pigmentu zwanego antocyjanem, który powstaje w chwili śmierci liścia. „Ludzie twierdzą, że czerwony kolor [również] demaskuje po rozpadzie chlorofilu, i to po prostu nie tak”, mówi Lee. „Czerwony kolor powstaje, gdy chlorofil zaczyna się rozkładać - istnieje synteza tych pigmentów, więc jest to zupełnie inna sprawa”.
Chociaż naukowcy wiedzą, jak powstają czerwone pigmenty, wciąż nie są pewni, dlaczego. Według Lee istnieją dwie dominujące hipotezy. Biolog ewolucyjny William Hamilton zasugerował, że kolor służy do ochrony roślin przed roślinożerstwem, ponieważ czerwone odcienie mogą skłonić owady do myślenia, że liść jest toksyczny lub niezdrowy, zniechęcając robale do odżywiania się nim lub składania tam jaj.
Jednak dominującym przekonaniem popularyzowanym przez ogrodnika Billa Hocha jest to, że czerwone pigmenty zapewniają ochronę fotograficzną, gdy liść jest wrażliwy, szczególnie w jasnym świetle i niskich temperaturach, gdy rośliny nie fotosyntetyzują tak skutecznie. Antocyjany pomagają osłonić liść, pochłaniając nadmiar światła o długościach fal, które nie są wykorzystywane do fotosyntezy, jak zielona część widma widzialnego. Działają również jako przeciwutleniacze, chroniąc liść przed toksycznymi produktami ubocznymi, które powstają, gdy chlorofil rozpada się podczas starzenia.
Synteza antocyjanów może również wyjaśniać, dlaczego szybko rozszerzające się plamy koloru w czasie poklatkowym Reisera nie są jednolite, ponieważ temperatura i ekspozycja na światło mogą drastycznie różnić się na powierzchni liścia, co może mieć wpływ na lokalną produkcję pigmentu.
Ale dlaczego roślina przejawiałaby ewolucyjny trud ochrony liścia przeznaczonego na śmierć? „Zaletą rośliny jest to, że rozkładające się liście mogą skuteczniej usuwać azot z białek, które się rozkładają, i transportować azot z powrotem do rośliny, zarówno w dużych kończynach, jak i w systemie korzeniowym”, Lee mówi. Azot jest niezbędnym składnikiem odżywczym dla fotosyntezy i wzrostu, dlatego jego powrót do drzewa na tyle, na ile jest to możliwe, zanim opadnie liść, pomaga zapewnić dobre zaopatrzenie rośliny w przyszłorocznym cyklu.
Podczas gdy nauka o zmianie koloru jest wciąż spowita tajemnicą, Lee uważa, że nadal będzie fascynować zarówno badaczy, jak i ciekawskich obserwatorów przez wiele nadchodzących jesieni. „To jak nasza panda. To coś, co naprawdę przyciąga wiele uwagi do świata roślin w porównaniu do świata zwierząt ”- mówi. „Dziwny kolor to coś, co wszyscy zauważamy.” Dzięki pracy takiej jak wideo Reisera możemy teraz badać zmieniające się liście z nową perspektywą, zwracając uwagę na nowe pytania i powiększając łamigłówkę wciąż ewoluującej palety przyrody.
