În fiecare toamnă, frunzele copacilor de foioase suferă o schimbare dramatică a culorii înainte de a-și pierde nuanțele nou-născute, estompând la maro și murind. Procesul poate dura săptămâni, dar Owen Reiser, student la matematică și biologie la Edwardsville, Universitatea Southern Illinois, a dorit să vadă frunzele schimbate în câteva secunde. „Am fost să iau o clasă de biologie pe teren și învățam despre copaci de foioase”, spune el. „Am intrat în fotografie cu animale sălbatice și în intervalul de timp și nu am reușit să găsesc un interval de timp al frunzelor care își schimbă culoarea, așa că am mers doar pentru asta.”
De-a lungul a șase săptămâni, Reiser a făcut peste 6.000 de fotografii de frunze în studioul său time-lapse de casă, care include un obiectiv macro și o cameră foto pe care a achiziționat-o pe eBay, o lumină LED de 10 USD și o baterie care permite camera foto a alerga continuu. „Este [practic] o cutie de carton și o grămadă de bandă de canal, dar se termină treaba”, spune el.
Reiser a adunat frunze din opt arbori de foioase diferite, specii precum sasafra și arțar de zahăr care își vărsă frunzișul anual și au făcut o fotografie fiecăruia la fiecare 30 până la 60 de secunde timp de până la trei zile. Împletind mii de imagini într-un singur videoclip, el a dezvăluit o scenă cu frunze în schimbare, care sunt mult mai vii decât o instantanee tipică de toamnă. În video-time-lapse, culoarea curge prin fiecare frunză ca colorantul care se răspândește prin țesătură, dezvăluind funcționarea dinamică interioară a plantelor pe măsură ce acestea se transformă.
David Lee, profesor emerit în științe biologice la Florida International University și autor al Nature's Palette: The Science of Plant Color , spune că nu a mai văzut niciodată un videoclip precum Reiser. „Culoarea chiar și pe o frunză individuală variază dramatic, iar acest lucru arată că se schimbă în timp.”
În ciuda popularității frunzelor de toamnă, știința din spatele frunzelor în schimbare nu este cunoscută pe scară largă. „În fiecare toamnă, oamenii scriu despre schimbarea culorii și, de obicei, articolele sunt pline de tot felul de greșeli”, spune Lee. Una dintre cele mai mari concepții greșite este că frunzele roșii și galbene se schimbă în același mod, atunci când acestea suferă de fapt procese complet diferite.
Frunzele galbene ale plantelor precum alunul vrăjitoare urmează o explicație tradițională a manualului pentru schimbarea culorilor: Ruperea pigmenților fotosintetici verzi numiți clorofile expune pigmenții galbeni sau carotenoizi, ascunzându-se dedesubt. (Carotenoidele sunt același tip de pigment care le oferă dovleacilor și morcovilor nuanțele lor distincte.) Pe măsură ce frunzele continuă să se irosească, produc tanini și se rumenesc.
Văzută la microscop, clorofila este concentrată în viața plantelor în structuri numite cloroplaste. (Kristian Peters - Fabelfroh prin Wikicommons sub CC BY-SA 3.0) Pe de altă parte, cele mai multe tonuri de roșu, precum cele din stejarii roșii, provin dintr-un pigment numit antocianină care se produce pe măsură ce frunza moare. „Oamenii susțin că culoarea roșie este [de asemenea] un demascare din defalcarea clorofilei și că este pur și simplu greșit”, spune Lee. „Culoarea roșie este de fapt făcută când clorofila începe să se descompună - există o sinteză a acestor pigmenți, deci este cu totul altceva.”
Deși oamenii de știință știu cum se creează pigmenții roșii, încă nu sunt siguri de ce. Potrivit lui Lee, există două ipoteze dominante. Biologul evoluționist William Hamilton a sugerat că culoarea este folosită pentru a proteja plantele de erbivore, deoarece nuanțele roșii ar putea păcăli insectele să creadă că o frunză este toxică sau nesănătoasă, descurajând insectele să se hrănească cu ea sau să își depună ouăle acolo.
Cu toate acestea, credința dominantă popularizată de horticultorul Bill Hoch este că pigmenții roșii oferă o protecție foto atunci când frunza este vulnerabilă, în special la lumină strălucitoare și la temperaturi scăzute atunci când plantele nu se fotosintetizează la fel de eficient. Antocianinele ajută la protejarea frunzei absorbând excesul de lumină la lungimile de undă care nu sunt utilizate pentru fotosinteză, precum partea verde a spectrului vizibil. De asemenea, acționează ca antioxidanți, protejând frunza de subprodusele toxice care se fac atunci când clorofila se descompune în timpul îmbătrânirii.
Sinteza de antocianine ar putea explica și de ce petele de culoare în expansiune rapidă în intervalul de timp al lui Reiser nu sunt uniforme, deoarece temperatura și expunerea la lumină pot varia drastic pe suprafața unei frunze, putând avea impact asupra producției locale a pigmentului.
Dar de ce o plantă ar trece prin necazul evolutiv de a proteja o frunză destinată să moară? "Avantajul plantei este că frunzele care se descompun pot elimina mai eficient azotul din proteinele care se descompun și transportă azotul înapoi în plantă, fie în membrele mari, fie chiar în sistemul de rădăcini", a spus Lee. spune. Azotul este un nutrient esențial pentru fotosinteză și creștere, astfel încât întoarcerea cât mai mult din acesta în copac înainte de căderea unei frunze ajută să se asigure că planta este bine aprovizionată pentru ciclul anului viitor.
În timp ce știința schimbării de culoare este încă învăluită în mister, Lee crede că va continua să fascineze atât cercetătorii, cât și observatorii curioși pentru multe toamne care vor veni. „Este ca panda noastră. Este lucrul care atrage cu adevărat multă atenție pentru lumea plantelor în comparație cu lumea animalelor ”, spune el. „O culoare ciudată este ceva ce observăm cu toții.” Cu lucrări precum videoclipul lui Reiser, putem examina acum frunzele schimbătoare cu o perspectivă nouă, punând în discuție noi întrebări și mărind puzzle-ul paletei în continuă evoluție a naturii.
