Каждую осень листья лиственных деревьев претерпевают драматические изменения в цвете, прежде чем утрачивают вновь обретенные оттенки, переходят в коричневые и умирают. Процесс может занять несколько недель, но Оуэн Рейзер, студент математики и биологии из Университета Южного Иллинойса в Эдвардсвилле, хотел, чтобы листья изменились за считанные секунды. «Я брал уроки полевой биологии, и мы изучали лиственные деревья», - говорит он. «Некоторое время я увлекался фотографией диких животных и покадровой съемкой, и я не смог найти покадровой смены листьев, поэтому я просто пошел на это».
В течение шести недель Рейзер сделал более 6000 фотографий листьев крупным планом в своей домашней студии, где есть макро-объектив и камера, которую он приобрел на eBay, светодиодный светильник за 10 долларов и аккумулятор, который позволяет камере бежать непрерывно. «Это [в основном] картонная коробка и связка клейкой ленты, но она выполняет свою работу», - говорит он.
Райзер собирал листья с восьми разных лиственных деревьев, таких как сассафрас и сахарный клен, которые ежегодно теряют листву, и фотографировал каждое из них каждые 30–60 секунд на срок до трех дней. Соединяя тысячи изображений в одно видео, он показал сцену смены листьев, которая гораздо более живая, чем типичный осенний снимок. В покадровой видеозаписи цвет просачивается через каждый листок, словно краситель, растекающийся по ткани, раскрывая динамическую внутреннюю работу растений по мере их трансформации.
Дэвид Ли, почетный профессор биологических наук в Международном университете Флориды и автор книги «Палитра природы: наука о цвете растений» , говорит , что он никогда не видел такого видео, как Райзер раньше. «Цвет даже на отдельном листе сильно меняется, и это показывает, что со временем оно меняется».
Несмотря на популярность осенней листвы, наука о смене листьев не широко известна. «Каждую осень люди пишут об изменении цвета, и обычно статьи полны всевозможных ошибок», - говорит Ли. Одно из самых больших заблуждений заключается в том, что красные и желтые листья изменяются одинаково, когда они на самом деле проходят совершенно разные процессы.
Желтые листья растений, таких как гамамелис, следуют традиционному объяснению изменения цвета в учебнике: расщепление зеленых фотосинтетических пигментов, называемых хлорофиллами, обнажает желтые пигменты или каротиноиды, скрывающиеся под ними. (Каротиноиды - это тот же тип пигмента, который придает тыкве и моркови различные оттенки.) По мере того, как листья продолжают расходоваться, они образуют дубильные вещества и становятся коричневыми.
При наблюдении под микроскопом хлорофилл концентрируется в растительной жизни в структурах, называемых хлоропластами. (Кристиан Питерс - Fabelfroh через Wikicommons в соответствии с CC BY-SA 3.0) С другой стороны, большинство красных тонов, таких как в красных дубах, происходят от пигмента, называемого антоцианином, который вырабатывается при смерти листа. «Люди утверждают, что красный цвет [также] не маскирует разрушение хлорофилла, и это просто неправильно», - говорит Ли. «Красный цвет на самом деле получается, когда хлорофилл начинает разрушаться - происходит синтез этих пигментов, так что это совсем другое».
Хотя ученые знают, как создаются красные пигменты, они все еще не уверены, почему. По словам Ли, есть две доминирующие гипотезы. Биолог-эволюционист Уильям Гамильтон предположил, что цвет используется для защиты растений от травоядных, поскольку красные оттенки могут обмануть насекомых, заставляя их думать, что лист токсичен или вреден для здоровья, препятствуя насекомым питаться им или откладывать там яйца.
Однако доминирующее убеждение, распространяемое садоводом Биллом Хохом, состоит в том, что красные пигменты обеспечивают фотозащиту, когда лист уязвим, особенно при ярком освещении и низких температурах, когда растения не фотосинтезируют так эффективно. Антоцианы помогают защитить лист, поглощая избыточный свет на длинах волн, которые не используются для фотосинтеза, например зеленую часть видимого спектра. Они также действуют как антиоксиданты, защищая листья от токсичных побочных продуктов, которые образуются при разрушении хлорофилла в процессе старения.
Синтез антоцианов может также объяснить, почему быстро растущие пятна цвета в промежутке времени Райзера не являются однородными, так как температура и освещенность могут сильно различаться по поверхности листа, что может влиять на местное образование пигмента.
Но зачем растению проходить эволюционную проблему защиты листа, которому суждено умереть? «Преимущество для растения в том, что ломающиеся листья могут более эффективно удалять азот из расщепляющихся белков и транспортировать азот обратно в растение, либо в больших конечностях, либо даже в корневой системе», - говорит Ли. говорит. Азот является важным питательным веществом для фотосинтеза и роста, поэтому возвращение как можно большего количества его на дерево до того, как лист упадет, поможет обеспечить хорошее снабжение растения для цикла следующего года.
Хотя наука об изменении цвета все еще окутана тайной, Ли считает, что она будет продолжать очаровывать как исследователей, так и любопытных наблюдателей в течение многих осенних дней. «Это как наша панда. Это то, что действительно привлекает большое внимание растительного мира по сравнению с животным миром », - говорит он. «Странный цвет - это то, что мы все замечаем». Благодаря работе, подобной видео Райзера, мы можем теперь рассмотреть изменяющиеся листья с новой точки зрения, ставя новые вопросы в фокус и увеличивая загадку постоянно развивающейся палитры природы.
