Dlaczego liście jesienią zmieniają kolor?

Jak podają Lasy Państwowe, cykliczne pory roku powodują zmiany fenologiczne, czyli jesienne migracje ptaków, zmiany futra ssaków, czy zrzucanie liści przez drzewa. Coraz krótsze dni stają się bodźcem do zmian w przyrodzie, a ich efekt możemy obserwować chociażby w postaci wspaniałych barw liści.

Zjawisko reakcji roślin na zmiany w długości dnia i nocy nazywamy fotoperiodyzmem. Dzięki niemu liście zmieniają kolory na żółty, czerwony czy pomarańczowy. Takie kolory to skutek uboczny wielu procesów mających przygotować rośliny do przetrwania niekorzystnego okresu chłodów. Drzewa zrzucają liście, by zminimalizować funkcje życiowe i przejść w stan fizjologicznego spoczynku. Zupełnie jak zimujące, czyli zapadające w stan hibernacji, zwierzęta.

Liście są odpowiedzialne za produkcję składników odżywczych i mineralnych oraz wymianę gazową, czyli oddychanie. Procesy te to fotosynteza i transpiracja. Do fotosyntezy niezbędna jest energia słoneczna. Tę energię pochłania chlorofil, czyli zielony barwnik. Woda zaś transportowana jest z korzeni do korony drzewa.

Gdy nastaną ujemne temperatury, woda pod postacią kryształków lodu staje się nieprzyswajalna, nie ma zatem potrzeby transportowania jej do liści. Stają się one zbędne. Dlatego, by nie doprowadzić do strat i zamarcia rośliny w niskich temperaturach, procesy te zostają wstrzymane. Chlorofil ulega rozkładowi, a wiele związków - jak woda czy substancje odżywcze - zostaje z liści wycofanych. Gdy to nastanie, drzewa mogą się ich pozbyć.

Drzewa przed nastaniem pierwszych mrozów szybko zatrzymują niektóre substancje w korzeniach. Należą do nich wartościowe skrobie i tłuszcze. W ten sposób rośliny tworzą zapasy, z których czerpią składniki odżywcze przez kolejne miesiące. Cukry i związki mineralne takie jak azot, fosfor czy potas magazynowane są również w miękiszu łodyg.

W liściach pozostaje tylko to, co dla roślin jest już zbędne: barwniki - żółte ksantofile, pomarańczowe karoteny i czerwone antocyjany. To one tworzą niezwykły spektakl jesiennych barw, którymi się zachwycamy.

Zmienna ilość tych barwników i przewaga jednych na drugimi decyduje o kolorach przechodzących od brązu, przez czerwienie, po złociste odcienie. W okresie wegetacji, czyli np. wiosną i latem, barwniki te również występują w liściach, wspomagając zielony chlorofil. Jednak jest on barwnikiem na tyle dominującym, że ukrywa wszystkie inne barwy. Dlatego liście w tych porach roku są zielone.

Do dziś istnieje wiele hipotez powstania i znaczenia barwników. Jeden z najwybitniejszych biologów ewolucyjnych XX wieku William D. Hamilton w 2000 roku oznajmił, że jesienne kolory mają odstraszać szkodniki. Swoje badania opierał m.in. na obserwacji mszyc. Twierdził, iż drzewa, które przebarwiają się w październiku, wycofując składniki odżywcze są również najzdrowsze wiosną kolejnego roku. Przeciwko jego teorii były wysnuwane argumenty, że w tym czasie owady już nie żerują, więc przystosowanie to mijałoby się z celem.

Inna, nowsza hipoteza zakłada, że czerwone i żółte barwniki (karotenoidy, antocyjany) pełnią w jesiennych liściach taką samą funkcję jak kremy z filtrem. Odkryto, że są one nadal produkowane, mimo rozkładu i wycofywania chlorofilu, gdyż chronią roślinę przed nadmiernym promieniowaniem i w związku z tym - przed zniszczeniem. Pozwalają też na całkowite odprowadzenie składników odżywczych. Wyłapują nie tylko nadmierne ilości światła, lecz także powstające wówczas szkodliwe dla komórek wolne rodniki tlenowe.

Opadające liście uwielbiają dzieci spacerujące po parkach, oraz fotografowie. Jakie jest uzasadnienie naukowe tego zjawiska?

W trakcie przebarwiania liści, w miejscu styku ogonka z pędem, powstaje tkanka odcinająca. Przy tym procesie bierze udział niezwykły, gdyż jedyny gazowy hormon roślin - etylen. To hormon starzenia, odpowiedzialny również za dojrzewanie owoców. Używa się go również w chłodniach, transportując m.in. banany, tak by na sklepowe półki trafiły już dojrzałe.

Etylen jest wytwarzany w starzejących się tkankach jesiennych liści. Działa on przeciwstawnie do innego hormonu produkowanego w liściach - stymulującej wzrost roślin auksyny. W miarę starzenia się liści auksyn ubywa, czego rezultatem jest zwiększona produkcja etylenu w strefie odcięcia. Powoduje to kolejne fizjologiczne zmiany.

Proces reakcji wywoływanych przez etylen nie jest jednak jeszcze do końca poznany. Strefa odcięcia składa się z cienkościennych komórek miękiszowych i różni się od otaczających ją pozostałych komórek (od strony łodygi tworzą ją komórki korka). Po rozpuszczeniu przez enzymy blaszki środkowej, liść utrzymywany jest tylko na jednej wiązce przewodzącej. Staje się podatny na siły grawitacji i po czasie odpada sam lub z niewielką pomocą wiatru. Stąd mówimy o wirujących, jesiennych liściach na wietrze. Jednak nie wszystkie tak łatwo oderwać. U niektórych drzew. np. u dębu i buka wiązka przewodząca jest mocniejsza, a przez to liść jest silniej związany z gałęzią i może pomimo obumarcia pozostać jeszcze na niej długi czas.

Inaczej takie procesy przebiegają u drzew iglastych. Igły to zredukowane liście, pokryte są grubą warstwą skórki i substancji woskowej, która zabezpiecza je przed niskimi temperaturami. Woda jest z nich na okres zimy odprowadzana, by podczas mrozów nie doprowadzić do zamarznięcia i rozsadzenia igły. Dlatego drzewa iglaste, z wyjątkiem modrzewia, nie zrzucają igieł na okres zimy.

Autor: AP / Źródło: Lasy Państwowe