Joka syksyllä lehtipuiden lehdet käyvät läpi dramaattisen värinmuutoksen, ennen kuin ne menettävät uusien väriensä, häviävät ruskeiksi ja kuolevat. Prosessi voi viedä viikkoja, mutta Etelä-Illinoisin yliopiston Edwardsvillen matematiikan ja biologian opiskelija Owen Reiser halusi nähdä lehtien muuttuvan muutamassa sekunnissa. "Olin tekemässä kenttäbiologian luokkaa ja opiskelemme lehtipuita", hän sanoo. "Olen joutunut villieläinten valokuvaukseen ja aikarajaan jo jonkin aikaa, en löytänyt aikavirettä, joka koski lehtien värinmuutosta, joten vain etsin sitä."
Kuuden viikon kuluessa Reiser otti yli 6000 lähikuvaa valokuvista lehtiä kotitekoisessa aika-aika-studiossa, joka sisältää eBayssa ostaman makrolinssin ja kameran, 10 dollarin LED-valon ja kameran mahdollistavan akun ajaa jatkuvasti. "Se on [pohjimmiltaan] pahvilaatikko ja joukko kanavateippiä, mutta se saa työn suoritettua", hän sanoo.
Reiser keräsi lehdet kahdeksasta erilaisesta lehtipuusta, kuten sasafrat ja sokerivaahteet, jotka leviävät lehtineen vuosittain, ja otti valokuvan jokaisesta 30–60 sekunnin välein kolmen päivän ajan. Yhdistämällä tuhansia kuvia yhdeksi videona, hän paljasti lehtien vaihtamisen kohtauksen, joka on paljon elossa kuin tyypillinen syksyn tilannekuva. Aikavälin videossa väri vuotaa jokaisen lehden läpi, kuten väri leviää kankaan läpi, paljastaen kasvien dynaamisen sisäisen toiminnan niiden muuttuessa.
Floridan kansainvälisen yliopiston biologisten tieteiden emeritusprofessori ja Nature's Palette: The Science of Plant Color -kirjailijan kirjoittanut David Lee sanoo , ettei hän ole koskaan nähnyt Reiserin kaltaista videota. "Jopa yksittäisen lehden väri vaihtelee dramaattisesti, ja tämä osoittaa muutoksen ajan myötä."
Huolimatta syksyn lehtien suosituksesta, tiede muuttuvien lehtien takana ei ole laajalti tunnettu. "Joka syksyllä ihmiset kirjoittavat värinmuutoksesta ja tyypillisesti artikkelit ovat täynnä kaikenlaisia virheitä", Lee sanoo. Yksi suurimmista väärinkäsityksistä on, että punaiset ja keltaiset lehdet muuttuvat samalla tavalla, kun ne todella käyvät läpi täysin erilaisia prosesseja.
Kasvien keltaiset lehdet, kuten noidanpähkinät, seuraavat perinteistä oppikirjan selitystä värinmuutoksesta: Klorofylliksi kutsuttujen vihreiden fotosynteettisten pigmenttien hajoaminen paljastaa alla olevat keltaiset pigmentit eli karotenoidit. (Karotenoidit ovat samantyyppisiä pigmenttejä, jotka antavat kurpitsille ja porkkanoille niiden erottuvat sävyt.) Lehdet tuhlaavat edelleen ja tuottavat tanniineja ja muuttuvat ruskeiksi.
Mikroskoopin avulla tarkasteltuna klorofylli keskittyy kasvien elämään rakenteisiin, joita kutsutaan kloroplasteiksi. (Kristian Peters - Fabelfroh Wikicommonsin kautta CC BY-SA 3.0: n kautta) Toisaalta suurin osa punaisista sävyistä, kuten punaisissa tammeissa, tulee pigmentistä nimeltä antosyaniini, joka tuotetaan lehden kuollessa. "Ihmiset väittävät, että punainen väri on [myös] irtoaminen klorofyllin hajoamisesta, ja se on yksinkertaisesti väärin", Lee sanoo. "Punainen väri syntyy, kun klorofylli alkaa hajoa - siellä on synteesi näistä pigmenteistä, joten se on aivan eri asia."
Vaikka tutkijat tietävät kuinka punaiset pigmentit syntyvät, he eivät ole vielä varmoja miksi. Leen mukaan on olemassa kaksi hallitsevaa hypoteesia. Evoluutiobiologi William Hamilton ehdotti, että väriä käytetään suojaamaan kasveja kasvihuoneilta, koska punaiset sävyt saattavat huijata hyönteisiä ajattelemaan, että lehti on myrkyllinen tai epäterveellinen, estäen bugeja syömästä sitä tai munemasta munia sinne.
Puutarhaviljelijän Bill Hochin suosima usko on kuitenkin, että punaiset pigmentit tarjoavat valonsuojausta, kun lehti on herkkä, etenkin kirkkaassa valossa ja alhaisissa lämpötiloissa, kun kasvit eivät fotosynteesi yhtä tehokkaasti. Antosyaanit auttavat suojaamaan lehtiä absorboimalla ylimääräistä valoa aallonpituuksilla, joita ei käytetä fotosynteesiin, kuten näkyvän spektrin vihreä osa. Ne toimivat myös antioksidantteina, suojaten lehtiä myrkyllisiltä sivutuotteilta, joita syntyy, kun klorofylli hajoaa ikääntymisen aikana.
Antosyaanien synteesi saattaisi myös selittää, miksi Reiserin ajan kuluessa nopeasti kasvavat väripilkut eivät ole yhdenmukaisia, koska lämpötila ja valon vaikutus voivat vaihdella dramaattisesti lehden pinnalla, mikä saattaa vaikuttaa pigmentin paikalliseen tuotantoon.
Mutta miksi kasvi menisi läpi evoluutiovaikeuksissa suojella kuolemaan tarkoitettua lehteä? "Kasvin etuna on, että hajoavat lehdet voivat tehokkaammin poistaa typpeä hajoavista proteiineista ja kuljettaa typen takaisin kasviin joko isoihin raajoihin tai jopa juuristoon", Lee sanoo. Typpi on välttämätön ravinne fotosynteesille ja kasvulle, joten palauttamalla mahdollisimman suuri osa puusta ennen lehden putoamista voidaan varmistaa, että kasvi on hyvin varusteltu seuraavan vuoden syklille.
Vaikka tiede värinmuutoksesta on edelleen salaperäinen, Lee uskoo sen edelleen kiehtovan sekä tutkijoita että uteliaita tarkkailijoita monien tulevien syksyjen ajan. ”Se on kuin pandamme. Se on asia, joka todella kiinnittää kasvimaailmaan paljon huomiota eläinmaailmaan verrattuna ”, hän sanoo. ”Oudoton väri on asia, jonka me kaikki huomaamme.” Reiserin videon kaltaisella työllä voimme nyt tutkia muuttuvia lehtiä uudella näkökulmalla, tuomalla keskittymään uusiin kysymyksiin ja suurentamalla luonnon jatkuvasti kehittyvän paletin palapeliä.
