Jesień jest porą roku, przygotowującą zarówno rośliny jak i zwierzęta do nadchodzącej zimy. Jesienne migracje ptaków, zmiana futra ssaków czy zrzucanie liści przez drzewa to tylko niektóre z czekających nas zmian fenologicznych, wywołanych cyklicznością pór roku. Coraz krótsze dni stają się bowiem bodźcem do zmian w przyrodzie a ich efekt możemy obserwować chociażby w postaci wspaniałych barw liści. To na nich skoncentrujemy się w dzisiejszej odsłonie jesiennych galerii.

Czas przemian

Z naukowego punktu widzenia zjawisko reakcji roślin na zmiany w długości dnia i nocy nazywamy fotoperiodyzmem. To dzięki niemu możemy cieszyć oczy żółtymi, czerwonymi czy pomarańczowymi barwami jesieni. Jest to jednak 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 stab hibernacji zwierzęta.

„Jesienne Galerie – opowieści zebrane” to nowy cykl, w którym do końca października będziemy Wam opowiadać o tym, jakie zmiany w przyrodzie zachodzą o tej porze roku. Przygotujcie się na solidną dawkę witamin i wiedzy!

Z pewnością pamiętacie z lekcji biologii, że liście odpowiedzialne są za produkcję składników odżywczych i mineralnych oraz wymianę gazową, czyli oddychanie. Procesy te nazywamy fotosyntezą i transpiracją. Niezbędna do fotosyntezy energia słoneczna pochłaniana jest przez chlorofil, zielony barwnik. Woda zaś transportowana jest do korony drzewa z korzeni. Gdy nastaną ujemne temperatury woda pod postacią kryształków lodu staje się nieprzyswajalna, nie ma zatem potrzeby jej transportowania 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.

Ponadto przed nastaniem pierwszych mrozów drzewa szybko zatrzymują niektóre substancje w korzeniach. Należą do nich wartościowe skrobie i tłuszcze. W ten sposób rośliny tworzą swoisty magazyn, z którego czerpią składniki odżywcze przez kolejne miesiące. Zupełnie jak nasze domowe spiżarnie pełne słoików z pysznymi przetworami. Cukry, związki mineralne jak azot, fosfor czy potas magazynowane są również w miękiszu łodyg.

W liściach pozostaje zaś tylko to, co dla roślin jest teraz zbędne: barwniki - żółte ksantofile, pomarańczowe karoteny i czerwone antocyjany. To one tworzą niezwykły spektakl jesiennych barw, którymi się zachwycamy. Ich zmienna ilość i przewaga jednych na drugimi decyduje o kolorach, przechodzących od brązu, czerwieni po złociste odcienie. Pamiętajmy jednak, że w okresie wegetacji, czyli np. wiosną i latem barwniki te również występują w liściach, wspomagając zielony chlorofil. Jednak jest on na tyle barwnikiem dominującym, że skrywa przed nami te wszystkie barwy. Stąd liście o tych porach roku są... zielone.

Różne hipotezy

Do dziś istnieje wiele hipotez powstania i znaczenia barwników. Jeden z najwybitniejszych biologów ewolucyjnych XX wieku, William D. Hamilton, w 2000 r. 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 chroniąc roślinę przed nadmiernym promieniowaniem i w związku z tym zniszczeniem, pozwalają na całkowite odprowadzenie składników odżywczych. Wyłapują nie tylko nadmierne ilości światła, ale i powstające wówczas szkodliwe dla komórek wolne rodniki tlenowe. Artykuł w „Trends in Ecology and Evolution" przedstawili na ten temat dwaj uczeni: Martin Schaefer i David Wilkinson. Dyskusja o przebarwianiu liści przeniosła się nawet na łamy „New York Timesa", gdyż nadal nie jest wyjaśnione dlaczego jedne drzewa się przebarwiają, a inne nie.

Tajemnica opadania liści

Opadające liście uwielbiają dzieci, spacerujące po parkach oraz fotografowie. Trochę mniej przepadają za tym zjawiskiem właściciele samochodów czy dozorcy chodników. Nie mniej jest to typowe jesienne zjawisko. A jakie ma uzasadnienie naukowe?

Otóż w trakcie przebarwiania liści, w miejscu styku ogonka z pędem powstaje tkanka odcinająca. Przy tym procesie niemały udział ma 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.

Wytwarzanie etylenu zachodzi m.in. 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.

Do dziś proces reakcji wywoływanych przez etylen nie jest do końca poznany. Strefa odcięcia składa się z cienkościennych komórek miękiszowych i różni się tym samym 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 bardziej wzmocniona a przez to liść jest silniej związany z gałęzią i może pomimo obumarcia pozostać jeszcze na niej długi czas.

Inaczej procesy te przebiegają u drzew iglastych. Zredukowane liście - igły - pokryte są grubą warstwą skórki i substancji woskowej, zabezpieczając je przed niskimi temperaturami. Woda zaś 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.