Toamna aduce una dintre cele mai spectaculoase transformări din natură: pădurile devin o mare de galben, roșu și portocaliu, iar peisajele par pictate de o mână invizibilă. Știința explică ce determină această schimbare – clorofila dispare, iar alți pigmenți ies la suprafață. Dar motivul pentru care arborii au evoluat să își coloreze frunzele atât de intens înainte de a le pierde rămâne un mister care continuă să îi intrige pe oamenii de știință.
Călătorind în mijlocul lui octombrie prin comitatul Duchess, în statul New York, ești înconjurat de o simfonie vizuală: galben auriu, roșu aprins, portocaliu incandescent. Frunzele par să explodeze în lumină, ca niște artificii care anunță venirea frigului, notează jurnaliștii BBC.
Mai la nord, în Maine, culorile sunt mai șterse. „Într-o toamnă ca aceasta, unele plante îmbătrânesc mult mai devreme pentru că sunt stresate de secetă”, explică ecologista Amanda Gallinat de la Colby College, Waterville. Din fereastra ei, vede deja multe frunze devenite maronii.
De ce Anglia are mai mult galben, iar Japonia mai mult roșu
Și de cealaltă parte a Atlanticului, în Marea Britanie, frunzele se colorează toamna, dar tonurile dominante sunt galbene. Asta se datorează speciilor native - fagul, arțarul și stejarul - explică David Wilkinson, ecolog evoluționist la Universitatea din Lincoln. „Cele mai colorate sunt de obicei speciile importate”, spune el, precum sumacul, originar din regiunile mediteraneene, Asia și America de Nord.
În Japonia, arțarii transformă peisajele în tablouri de roșu, violet și auriu, atrăgând mii de turiști. Fenomenul „leaf peeping” - admirarea și fotografierea frunzelor de toamnă - a devenit o atracție în sine în multe țări. Cu toate acestea, motivul pentru care arborii trec prin această metamorfoză rămâne un mister.
Chimie și evoluție
Procesul chimic este clar: frunzele galbene au fost mereu galbene, pigmentul lor - devine vizibil abia când clorofila verde se descompune și este reabsorbită de plantă. Frunzele roșii sau violet produc, pe lângă pierderea clorofilei, și un pigment nou: antocianina, întâlnită și în fructe sau legume.
Persistența acestor schimbări anuale în ciuda selecției naturale sugerează un avantaj evolutiv. Analizele genetice arată că producerea pigmenților de toamnă a apărut relativ târziu, după ce arborii învățaseră deja să recupereze clorofila.
Când frunzele se apără singure
O teorie influentă afirmă că roșul intens ar fi evoluat pentru a speria dăunătorii, acționând ca un semnal de avertizare. O alta, teoria fotoprotecției, susține că pigmenții protejează frunzele de lumina solară, acționând ca o „cremă de protecție” în timpul degradării sezoniere. Antocianinele sunt antioxidanți puternici care apără celulele frunzelor de stresul oxidativ produs de lumina puternică de toamnă.
„Schimbarea culorii este în principal un fenomen al emisferei nordice”, explică Susanne Renner, biolog evoluționist la Universitatea Washington din St. Louis. Analiza a peste 2.300 de specii de arbori a arătat că doar o mică parte își schimbă culoarea: 290 devin roșii și 378 galbene. Culorile roșii ar fi evoluat independent de cel puțin 25 de ori.
De ce America și Asia sunt mai colorate
Majoritatea arborilor cu frunze roșii toamna trăiesc în estul Americii de Nord și în Asia de Est. În America de Nord, 89 de specii devin roșii, iar în Asia, 152. În Europa de Nord - doar 24. Deși s-ar putea crede că temperatura explică diferența, radiația solară pare să joace un rol mai important. Zonele din America și Asia primesc mai multă lumină și au variații bruște de temperatură, ceea ce favorizează formarea pigmenților protectori.
„În septembrie și octombrie, America de Nord primește multă lumină, iar frunzele au nevoie de o protecție suplimentară”, spune Renner. Antocianinele funcționează ca o barieră împotriva radiației, iar carotenoizii oferă un efect similar, dar mai slab.
Semnale pentru insecte sau simple iluzii?
O altă ipoteză, a coevoluției cu insectele, sugerează că frunzele roșii avertizează afidele și alți dăunători că arborele nu este o gazdă potrivită. Dar cercetările arată că insectele nu pot percepe roșul așa cum o fac oamenii – pentru ele, frunzele par gri sau negre.
Unii experți cred că afidele evită frunzele roșii fiindcă le asociază cu moartea plantei, o idee numită „teoria camuflajului”. Totuși, pigmentul roșu este costisitor energetic pentru arbori, iar studiile arată că galbenul atrage, mai degrabă decât respinge, afidele.
Două teorii, un scop comun
Wilkinson crede că ambele teorii pot fi adevărate: „Nu există motive să alegem între protecție solară și semnalizare - e posibil ca ambele mecanisme să funcționeze simultan.”
Alte ipoteze susțin că antocianinele nu protejează, ci ajută la descompunerea carbohidraților din frunze.
Amprenta omului și schimbarea climei
De-a lungul mileniilor, oamenii au influențat evoluția copacilor: i-am tăiat pe cei mai puțin spectaculoși și am cultivat specii cu frunze mai colorate. În mediile urbane, temperaturile mai ridicate pot intensifica nuanțele de roșu - un posibil nou pas evolutiv.
Ceea ce se știe sigur este că schimbările climatice modifică atât momentul, cât și intensitatea culorilor. „Toamnele mai calde și seceta, ambele legate de schimbările climatice, duc la culori mai șterse și la frunze care se ofilesc mai devreme”, spune Gallinat. „Iar plantele cu rădăcini superficiale - cele care produc cele mai vii culori - sunt și cele mai vulnerabile.”