Igal sügisel muutuvad lehtpuude lehed kardinaalseks värvimuutuseks, enne kui nad kaotavad oma uudsed varjundid, tuhmuvad pruuniks ja surevad. Protsess võib võtta nädalaid, kuid Lõuna-Illinoisi Edwardsville'i ülikooli matemaatika- ja bioloogiatudeng Owen Reiser soovis, et lehed muutuksid mõne sekundiga. “Olin õppimas põllubioloogia tunnis ja õppisime lehtpuude kohta, ” räägib ta. "Olen juba mõnda aega sattunud loodusfotograafiasse ja aegunud olekusse ega leidnud värvi muutvate lehtede aegumist, nii et otsisin seda lihtsalt."
Kuue nädala jooksul tegi Reiser omatehtud aeglugemistuudios enam kui 6000 lähivõtte lehtedest, mis sisaldab eBay-st ostetud makroobjektiivi ja kaamerat, 10-dollarist LED-valgust ja kaamerat võimaldavat aku pidevalt jooksma. "See on [põhimõtteliselt] pappkarp ja hunnik kanalilinti, kuid sellega saab töö tehtud, " ütleb ta.
Reiser kogus lehti kaheksast erinevast lehtpuust, sellistest liikidest nagu sassafrad ja suhkruvaher, mis varjavad lehestikku igal aastal, ja tegi neist igaühe foto iga 30 kuni 60 sekundi jooksul kuni kolme päeva jooksul. Ühendades tuhanded pildid üheks videoks, paljastas ta lehtede muutumise stseeni, mis on palju elusam kui tüüpiline sügisene pilt. Aegruumis olevas videos imbub värv läbi iga lehe nagu värvus, mis levib läbi kanga, paljastades taimede dünaamilise sisemise toimimise nende muutumisel.
Florida rahvusvahelise ülikooli bioloogiateaduste emeriitprofessor ja ajakirja Nature's Palette: The Science of Plant Color autor autor David Lee ütleb , et ta pole kunagi varem sellist videot näinud, nagu Reiser. "Isegi üksikute lehtede värvus varieerub dramaatiliselt ja see näitab seda aja jooksul."
Hoolimata sügislehe populaarsusest, pole lehtede muutumise taga olev teadus laialt tuntud. "Igal sügisel kirjutavad inimesed värvimuutustest ja tavaliselt on artiklid täis igasuguseid vigu, " räägib Lee. Üks suurimaid väärarusaamu on see, et punased ja kollased lehed muutuvad samamoodi, kui nad tegelikult läbivad täiesti erinevad protsessid.
Taimede nagu nõiapähkel kollased lehed järgivad värvimuutuse traditsioonilist õpiku selgitust: Klorofüllideks kutsutud roheliste fotosünteetiliste pigmentide lagunemine paljastab kollased pigmendid ehk karotenoidid. (Karotenoidid on sama tüüpi pigment, mis annab kõrvitsatele ja porganditele nende eristatavad toonid.) Lehtede jätkuva raiskamise käigus tekivad nad tanniinid ja muutuvad pruuniks.
Mikroskoobi kaudu kontsentreeritakse klorofüll taimes elus kloroplastideks nimetatud struktuuridesse. (Kristian Peters - Fabelfroh Wikicommonsi kaudu CC BY-SA 3.0 all) Teisest küljest pärineb enamik punaseid toone, nagu ka punastes tammides, antotsüaniinist nimetatavast pigmendist, mis tekib lehe suremise ajal. "Inimesed väidavad, et punane värv on ka klorofülli lagunemisest vabanemine ja see on lihtsalt vale, " ütleb Lee. "Punane värv saadakse tegelikult siis, kui klorofüll hakkab lagunema - seal on need pigmendid sünteesitud, nii et see on hoopis teine asi."
Kuigi teadlased teavad, kuidas punaseid pigmente luuakse, pole nad endiselt kindlad, miks. Lee sõnul on domineeriv hüpotees kaks. Evolutsioonibioloog William Hamilton soovitas taimede kaitsmiseks taimtoidulist värvi kasutada, kuna punased toonid võivad putukaid petta arvata, et leht on mürgine või ebatervislik, pärssides vigu sellest toitumast või munade sinna panemast.
Aiandusteadlase Bill Hochi poolt levinud arvamus on siiski, et punased pigmendid pakuvad fotokaitset, kui leht on haavatav, eriti eredas valguses ja madalatel temperatuuridel, kui taimed ei sünteesi nii tõhusalt. Antotsüaniinid aitavad lehte kaitsta, absorbeerides liigset valgust lainepikkustel, mida ei kasutata fotosünteesiks, nagu nähtava spektri roheline osa. Need toimivad ka antioksüdantidena, kaitstes lehte mürgiste kõrvalsaaduste eest, mis tekivad klorofülli lagunemisel vananemise ajal.
Antotsüaniinide süntees võib seletada ka seda, miks Reiseri aja möödudes kiiresti laienevad värviplekid pole ühtlased, kuna temperatuur ja valguse kokkupuude lehe lehe pinnaga võivad drastiliselt varieeruda, mis võib mõjutada pigmendi kohalikku tootmist.
Kuid miks peaks taim läbima evolutsiooniprobleeme, et kaitsta lehte, mis on määratud surema? “Taime eeliseks on see, et lagunevad lehed saavad lagundavatest valkudest tõhusamalt lämmastikku eemaldada ja lämmastikku taime tagasi viia, kas suurtesse jäsemetesse või isegi juurtesse, ” ütles Lee ütleb. Lämmastik on oluline fotosünteesi ja kasvu toitaine, nii et võimalikult suure osa selle tagastamine puule enne lehe langemist aitab tagada taime hea varumise järgmise aasta tsükli jaoks.
Kuigi värvimuutuse teadus on endiselt varjatud saladuses, arvab Lee, et see köidab nii tulevasi sügist nii uurijaid kui uudishimulikke vaatlejaid. “See on nagu meie panda. See on asi, mis pälvib taimemaailmaga võrreldes loomailmaga palju tähelepanu, ”ütleb ta. “Kummaline värv on asi, mida me kõik märkame.” Sellise tööga nagu Reiseri video, saame nüüd muutuvaid lehti värske vaatenurgaga uurida, tuues fookusesse uued küsimused ja suurendades looduse pidevalt areneva paleti mõistatust.
