Svake jeseni listovi listopadnih stabala podvrgnuta su dramatičnoj promjeni boje prije nego što izgube svoje novonastale nijanse, blijede do smeđe boje i odumire. Proces može trajati tjednima, ali Owen Reiser, student matematike i biologije na Sveučilištu Southern Illinois u Edwardsvilleu, želio je vidjeti kako se lišće mijenja u nekoliko sekundi. "Išao sam na terensku nastavu iz biologije i učili smo o listopadnim stablima", kaže on. "Bavio sam se fotografiranjem divljih životinja i vremenskim odmakom, a nisam uspio pronaći vremenski prolazak lišća koji mijenja boju, pa sam jednostavno krenuo na to."
Tijekom šest tjedana Reiser je snimio više od 6 000 fotografija izbliza u svom domaćem studiju s vremenskim odmakom, koji uključuje makro objektiv i kameru koju je kupio na eBayu, LED svjetlo u vrijednosti od 10 dolara i bateriju koja omogućuje kameru trčati neprekidno. "To je (u osnovi) kartonska kutija i gomila vrpce, ali posao se ispunjava", kaže on.
Reiser je prikupio lišće s osam različitih listopadnih stabala, vrsta kao što su sasafras i šećerni javor koji godišnje lišu svoje lišće, i fotografirao svako od njih svakih 30 do 60 sekundi do tri dana. Spajajući tisuće slika u jedan video, otkrio je prizor promjene listova koji je daleko življi od tipičnog jesenskog snimka. U vremenskom snimku, boja prolazi kroz svaki list poput boje koja se širi tkaninom, otkrivajući dinamički unutarnji rad biljaka kako se transformiraju.
David Lee, profesor emeritus bioloških znanosti na Međunarodnom sveučilištu Florida i autor Nature's Palette: The Science of Plant Colour , kaže da nikada prije nije vidio video poput Reiserovog. "Boja čak i na pojedinim listovima dramatično varira i to pokazuje da se s vremenom mijenjaju."
Unatoč popularnosti jesenjeg lišća, znanost iza mijenjanja lišća nije široko poznata. "Svakog pada, ljudi pišu o promjeni boje, a tipično su članci puni svih vrsta pogrešaka", kaže Lee. Jedna od najvećih zabluda je da se crveno i žuto lišće mijenjaju na isti način, kada zapravo prolaze potpuno različite procese.
Žuto lišće biljaka poput lješnjake vještice slijedi tradicionalno objašnjenje iz udžbenika o promjeni boje: Raspad zelenih fotosintetskih pigmenata nazvanih klorofili otkrivaju žute pigmente ili karotenoide skrivene ispod. (Karotenoidi su ista vrsta pigmenta koji daje bundevi i mrkvi izrazite nijanse.) Dok lišće i dalje otpada, oni stvaraju tanine i postaju smeđi.
Gledano mikroskopom, klorofil se koncentrira u biljnom životu u strukturama koje se nazivaju kloroplasti. (Kristian Peters - Fabelfroh putem Wikicommonsa pod CC BY-SA 3.0) S druge strane, većina crvenih nijansi, poput onih u crvenim hrastovima, potječu od pigmenta zvanog antocijanin koji nastaje kako list odmiče. "Ljudi tvrde da je crvena boja [također] otkrivanje nakon raspada klorofila, a to je jednostavno pogrešno", kaže Lee. "Crvena boja je zapravo stvorena kad se klorofil počinje razgrađivati - postoji sinteza tih pigmenata, tako da je to sasvim drugačija stvar."
Iako znanstvenici znaju kako se stvaraju crveni pigmenti, još uvijek nisu sigurni zašto. Prema Leeu, postoje dvije dominantne hipoteze. Evolucijski biolog William Hamilton sugerirao je da se boja koristi za zaštitu biljaka od biljojeda, budući da crvene nijanse mogu navesti insekte u pomisli da je list toksičan ili nezdrav, obeshrabrujući bube da se hrane njime ili odlažu svoja jaja.
Međutim, dominantno uvjerenje koje je popularizirao vrtlar Bill Hoch je da crveni pigmenti nude foto-zaštitu kada je list ranjiv, posebno na jakom svjetlu i niskim temperaturama kad biljke ne fotosintetiziraju učinkovito. Antocijanini pomažu zaštititi list apsorbirajući višak svjetlosti na valnim duljinama koje se ne koriste za fotosintezu, poput zelenog dijela vidljivog spektra. Oni djeluju i kao antioksidanti, štiteći list od toksičnih nusprodukata koji nastaju kada se klorofil razgradi tijekom starenja.
Sinteza antocijana također može objasniti zašto brzo rastuće mrlje boje u Reiserovom vremenskom razdoblju nisu jednolike, budući da temperatura i izloženost svjetlu mogu drastično varirati na površini lista, što može utjecati na lokalnu proizvodnju pigmenta.
Ali zašto bi biljka prošla kroz evolucijske probleme zaštite lista koje je suđeno da umre? „Prednost biljci je u tome što lišće koje se raspada može efikasnije ukloniti dušik iz proteina koji se razgrađuju i prenijeti dušik natrag u biljku, bilo u velikim udovima ili čak u korijenov sustav“, Lee kaže. Dušik je esencijalno hranjivo sredstvo za fotosintezu i rast, tako da vraćanje što veće količine stabla prije pada listova pomaže osigurati da biljka bude dobro opskrbljena za ciklus sljedeće godine.
Dok je znanost o promjeni boje još uvijek zaogrnuta misterijom, Lee misli da će i dalje biti fascinirajući i istraživače i znatiželjne promatrače za mnoge jeseni koji dolaze. „To je poput naše pande. To je stvar koja zaista privlači puno pažnje za biljni svijet u usporedbi sa životinjskim svijetom ", kaže on. „Neobična boja nešto je što svi primjećujemo.“ S radom poput Reiserovog videa, sada možemo pregledati promjenjivo lišće sa svježom perspektivom, dovodeći nova pitanja u fokus i uvećavajući zagonetku prirode koja se stalno razvija.
