Ogni autunno, le foglie degli alberi decidui subiscono un drammatico cambio di colore prima di perdere le loro nuove sfumature, sbiadendo e scolorendo. Il processo può richiedere settimane, ma Owen Reiser, uno studente di matematica e biologia della Southern Illinois University Edwardsville, voleva vedere le foglie cambiare in pochi secondi. "Stavo prendendo un corso di biologia sul campo e stavamo imparando sugli alberi a foglie decidue", dice. "Mi sono appassionato alla fotografia naturalistica e al time-lapse per un po ', e non sono riuscito a trovare un time-lapse di foglie che cambiano colore, quindi ci sono andato."
Nel corso di sei settimane, Reiser ha scattato più di 6.000 fotografie ravvicinate di foglie nel suo studio time-lapse fatto in casa, che include un obiettivo macro e una fotocamera che ha acquistato su eBay, una luce LED da $ 10 e una batteria che consente alla fotocamera correre continuamente. "Fondamentalmente è una scatola di cartone e un sacco di nastro adesivo, ma fa il lavoro", dice.
Reiser raccolse foglie da otto diversi alberi decidui, specie come sassafras e acero di zucchero che perdevano il loro fogliame ogni anno, e scattavano una foto di ciascuna ogni 30-60 secondi per un massimo di tre giorni. Mettendo insieme migliaia di immagini in un singolo video, ha rivelato una scena di foglie mutevoli che è molto più viva di una tipica istantanea autunnale. Nel video time-lapse, il colore filtra attraverso ogni foglia come una tintura che si diffonde attraverso il tessuto, rivelando i meccanismi interni dinamici delle piante mentre si trasformano.
David Lee, professore emerito di scienze biologiche alla Florida International University e autore di Nature's Palette: The Science of Plant Color , afferma di non aver mai visto un video come Reiser prima. "Il colore anche su una singola foglia varia notevolmente, e questo dimostra che cambiano nel tempo."
Nonostante la popolarità del fogliame autunnale, la scienza dietro le foglie che cambiano non è ampiamente conosciuta. "Ogni autunno le persone scrivono del cambio di colore e in genere gli articoli sono pieni di errori di ogni genere", afferma Lee. Uno dei più grandi equivoci è che le foglie rosse e gialle cambiano allo stesso modo, quando in realtà subiscono processi completamente diversi.
Le foglie gialle di piante come l'amamelide seguono una tradizionale spiegazione da manuale per il cambiamento di colore: la scomposizione dei pigmenti fotosintetici verdi chiamati clorofille espone i pigmenti gialli, o carotenoidi, nascosti sotto. (I carotenoidi sono lo stesso tipo di pigmento che dà alle zucche e alle carote le loro sfumature distinte.) Mentre le foglie continuano a sprecare, producono tannini e diventano marroni.
Vista al microscopio, la clorofilla è concentrata nella vita delle piante in strutture chiamate cloroplasti. (Kristian Peters - Fabelfroh via Wikicommons sotto CC BY-SA 3.0) D'altra parte, la maggior parte dei toni rossi, come quelli delle querce rosse, provengono da un pigmento chiamato antocianina che viene prodotto man mano che la foglia muore. "La gente sostiene che il colore rosso è [anche] un smascheramento dalla rottura della clorofilla, e questo è semplicemente sbagliato", dice Lee. "Il colore rosso è in realtà creato quando la clorofilla sta iniziando a rompersi: c'è una sintesi di quei pigmenti, quindi è una cosa abbastanza diversa."
Sebbene gli scienziati sappiano come vengono creati i pigmenti rossi, non sono ancora sicuri del perché. Secondo Lee, ci sono due ipotesi dominanti. Il biologo evoluzionista William Hamilton ha suggerito che il colore è usato per proteggere le piante dagli erbivori, dal momento che le tonalità rosse potrebbero indurre gli insetti a pensare che una foglia sia tossica o malsana, scoraggiando gli insetti dal nutrirsi o depositare lì le loro uova.
Tuttavia, la convinzione dominante resa popolare dall'orticoltore Bill Hoch è che i pigmenti rossi offrono una protezione fotografica quando la foglia è vulnerabile, specialmente in condizioni di luce intensa e basse temperature quando le piante non fotosintetizzano in modo efficiente. Gli antociani aiutano a proteggere la foglia assorbendo la luce in eccesso a lunghezze d'onda che non vengono utilizzate per la fotosintesi, come la parte verde dello spettro visibile. Agiscono anche come antiossidanti, proteggendo la foglia da sottoprodotti tossici che vengono prodotti quando la clorofilla si rompe durante l'invecchiamento.
La sintesi di antociani potrebbe anche spiegare perché le macchie di colore in rapida espansione nel time-lapse di Reiser non siano uniformi, poiché l'esposizione alla temperatura e alla luce può variare drasticamente sulla superficie di una foglia, influendo probabilmente sulla produzione locale del pigmento.
Ma perché una pianta dovrebbe affrontare il problema evolutivo di proteggere una foglia destinata a morire? "Il vantaggio per la pianta è che le foglie che si stanno rompendo possono rimuovere in modo più efficiente l'azoto dalle proteine che si stanno rompendo e trasportare l'azoto nella pianta, sia negli arti grandi che nel sistema radicale", Lee dice. L'azoto è un nutriente essenziale per la fotosintesi e la crescita, quindi restituire il più possibile all'albero prima che cada una foglia aiuta a garantire che la pianta sia ben fornita per il ciclo del prossimo anno.
Mentre la scienza del cambiamento di colore è ancora avvolta nel mistero, Lee pensa che continuerà ad affascinare sia i ricercatori che i curiosi osservatori per molti autunnali a venire. “È come il nostro panda. È la cosa che attira davvero molta attenzione per il mondo vegetale rispetto al mondo animale ”, afferma. "Un colore strano è qualcosa che tutti notiamo." Con il lavoro come il video di Reiser, ora possiamo esaminare le foglie che cambiano con una nuova prospettiva, mettendo a fuoco nuove domande e ingrandendo il puzzle della tavolozza in continua evoluzione della natura.
