Barwy jesieni – odstraszanie czy osłona a może deterministyczny chaos?

liscie_jesienWszystko za sprawą pani redaktor z telewizji. Chciała wiedzieć dlaczego liście jesienią są kolorowe, żółte, pomarańczowe i czerwone. Po raz kolejny przekonałem się, że nie ma głupich pytań, są tylko głupie odpowiedzi. Na zadane pytanie można było odpowiedzieć zdawkowo, odwołując się do wiedzy ze szkoły i ze studiów, ciut uzupełnionej zasłyszanymi/przeczytanymi ciekawostkami. Pewny swego sięgnąłem do źródeł by sobie wiedzę odświeżyć, przypomnieć kilka nazw. W telewizji wyemitowano kilkanaście sekund wypowiedzi. I tyle na potrzeby telewizji, zwłaszcza programu o pogodzie, wystarczy. Ale we mnie pozostała niepewność i dręczące dodatkowe pytania, które zrodziły się w czasie przygotowań do „występu” przed kamerą.

Dociekliwość to stawianie kolejnych pytań. Zupełnie jak kilkuletnie dziecko, które pyta się w sprawach „oczywistych” (dla dorosłego) „a dlaczego?”, i nie ma odpowiedzi, która by nie rodziła kolejnego pytania. Dorosłych to często irytuje, bo na 2-5 pytań można odpowiedzieć, ale na kilkanaście-kilkadziesiąt zadanych w jednej serii? Naukowcy są jak dzieci, nienasyceni w odpowiedziach, bo wciąż zadają pytania. Tu mała dygresja: naukowcem się bywa, stanowisko się zajmuje. Naukowcem bywa się wtedy, gdy zadaje się pytania i pyta przyrody (poprzez obserwacje i eksperymenty). Czasem na odpowiedź czekać trzeba latami. A stanowisko (nawet naukowe) można piastować przez lata… nie zadając sobie pytań. Bo przecież z dzięcięctwa się wyrosło… i w ogóle, to wszytko już wiadomo i wszystko jest oczywistością. Oczywiście oczywistą oczywistością (gdyby ktoś miał jednak wątpliwość).

Wróćmy do liści jesienią spadających z drzew i kolorowych krajobrazów. Odpowiedzi można udzielić w kilku warstwach, jedne są trywialne, inne mocno zastanawiają. Wiadomo, że prędzej czy później liście na drzewie usychają. Tak po prostu ze starości (choroby, suszy itd.). Żółkną i usychają, spadają na ziemię i tworzą ściółkę. Ale w strefie klimatu umiarkowanego większość drzew traci liście jesienią. Listopad wszak swą nazwę bierze od spadania liści.

Drzewa liściaste mają liście o dużej powierzchni. To bardzo wydajnych system („fabryka”), przeprowadzający fotosyntezę. Ale zimą, ze względu na krótszy dzień i niską temperaturę, wydajność fotosyntezy jest niewielka (o ile w ogóle zachodzą dogodne warunki). Na dodatek do fotosyntezy potrzeba wody. Teraz, w czasie trwającej u nas suszy, w ogrodach botanicznych podlewa się niektóre drzewa (o zielonych jeszcze liściach), by nie uschły jesienią z braku wody. Ale to są gatunki egzotyczne. Z liśćmi o dużej powierzchni zimą jest jeszcze jeden kłopot – przy opadach śniegu łamią się gałęzie. Możemy to czasem zaobserwować, gdy jesienią zbyt szybko spadnie śnieg lub w maju, gdy liście już się pojawia a trafi się wiosenny śnieg. Gałęzie się łamią pod ciężarem śniegu.

Drzewa iglaste przyjęły inną strategię: ich liście mają małą powierzchnię (szpilki) a korona (pokrój drzewa) wygląda niczym spadzisty dach. Na przykład taki świerk – on się zimowego śniegu nie boi, gałęzie się nie łamią. Czyli mała powierzchnia i gruba izolacja przed parowaniem. Nie zrzuca wszystkich liści (igła-szpilka to też liść). Mniejsza wydajność fotosyntezy latem, ale nie ma potrzeby na wiosnę odbudowywać całego aparatu fotosyntetyzującego. Owszem, drzewa iglaste także zrzucają liście (szpilki), ale nie wszystkie na raz. Ale i u drzew iglastych są wyjątki – ma przykład modrzewie – jesienią zrzucają swoje liście-szpilki.

No dobrze, zrzucają liście na zimę, bo tak jest bezpieczniej (aby gałęzie się nie łamały), ale dlaczego są żółte, czerwone i kolorowe? Zielony kolor liści bierze się z zielonej barwy chlorofilu. Oprócz chlorofilu w liściach mogą występować także i inne barwniki (o nich niżej), ale wszystko kamufluje jednolita zieleń. Jesienią zamiera chlorofil a drzewo wycofuje z liści różne substancje (np. deficytowy azot). Tak jak my wynosimy na śmietnik stary telewizor, to wykręcamy części, które mogą się nam przydać, np. pilot, kabel itd.

U nasady ogonka liściowego przerywana jest łączność liścia z drzewem. I usycha (przez jakiś czas pędząc żywot porzuconego, zapomnianego samotnika). Jeśli wody jest jeszcze wystarczająco dużo, to liść żółknie i czerwienieje, zanim uschnie na sucho-brązowo (całkiem martwy). W tych żółciach i czerwieniach drzewa wyglądają przecudnie. A naukowcy od dawna zastanawiali się dlaczego liście są żółte lub czerwone i jaki to mam sens. Jedni udowadniają, że kolorowe liście to taki przeciwsłoneczny „krem”, osłona, inni, że to ostrzeżenie dla roślinożerców (owadów).

Ale po kolei. Liście zawierają nie tylko chlorofil (zielony barwnik, odpowiedzialny za fotosyntezę). Gdy zanika chlorofil uwidaczniają się żółte i pomarańczowe karotenoidy (karoten, ksantofil). Kolorowa jesień w dużym stopniu uzależniona jest także od pogody (ale o tym za chwilę). Ale jest jeszcze większa zagadka, bowiem nie tylko uwidaczniają się karotenoidy ale tworzone są nowe barwniki, np. czerwone antocyjany. Po co roślinie na ten krótki czas synteza nowych związków, kiedy liść i tak spisany jest na straty, często już przerywana jest łączność z resztą organizmu-drzewa? Jaki w tym sens? Hipoteza osłony mówi, że żółte i czerwone barwniki osłaniają wrażliwe części przed intensywnym promieniowaniem słonecznych, a w zasadzie przed ultrafioletem. Synteza antocyjanów byłaby więc swoistą zasłoną dymną dla wycofywania z liści niezbędnych substancji takich jak azot (przechowują nadmierne ilości światła i wychwytują wolne rodniki) lub obroną zachodzących w liściu procesów. I by promieniowanie ultrafioletowe nie niszczyło związków chemicznych – karotenoidy i antocyjany stanowiłyby osłonę. Proces powiązany byłby z pogodą.

Pod koniec XX wieku William Hamilton dopatrzył się sensu ewolucyjnego. Starał się udowodnić, że jesienne kolory (czerwień antocyjanów) mają odstraszać szkodniki, konkretnie mszyce. Naukowcy odkryli, że drzewa o najbardziej intensywnych kolorach jesienią były zdrowsze wiosną. Czyli jesienią odstraszały mszyce, by nie składały jaj (sygnał – „jestem silny i twoje potomstwo będzie miało kłopoty, będę się broniło chemicznie”). Hipoteza zyskała wielu zwolenników. Ale wątpliwości budzą następujące fakty: w okresie późnej jesieni mszyce nie składają już jaj, ponadto nie wiadomo czy rozpoznają te „sygnalizacyjne” kolory liści. W końcu można to wytłumaczyć jeszcze inaczej: drzewa, które są w dobrej kondycji mają kolorowe liście jesienią i są zdrowsze wiosną. Kolory liści i wiosenna kondycja wynikają z tej samej przyczyny ale nie są ze sobą powiązane (dobra kondycja nie wynika z czerwonych liści jesienią i odstraszonych owadów). Związek statystyczny jakichś zjawisk wcale nie musi być związkiem przyczynowo-skutkowym.

A mnie do głowy przyszło jeszcze jedno wyjaśnienie. Jeśli liście są odcinane od drzewa, to niejako pozostają pozostawione same sobie, i żyją własnym życiem (krótkim). Tak jak Wielka Brytania po wycofaniu się wojsk rzymskich. Zapomniana, porzucona prowincja, żyjąca własnym rytmem, już bez związku z resztą „imperium”. Być może więc produkcja antocyjanów to takie samoorganizujące się procesy odizolowanej „wyspy”. Bez nadziei na sukces i przetrwanie ale jednak efemeryczne trwanie. Na ile pogoda pozwoli. Liście są różnokolorowe najwyżej kilka tygodni.

Drzewo to przykład nie do końca centralnego sterowania, w części rozproszonego (tak jak w trzeciej rewolucji technologicznej). Nie zarządza wszystkimi liśćmi z jednego miejsca, nie decyduje czy produkcję chlorofilu dla wszystkich liści „wyłączyć” w tym samym momencie. Efekt kończony zależy od pogody (sygnałów np. skracającego się dnia), od całości drzewa i od mikro-lokalnych procesów w pojedynczym liściu, zwłaszcza gdy łączność wiązkami przewodzącymi jest już przerwana (odcinanie liścia u nasady ogonka). Liście są żółte nie tylko, gdy wiszą na konarach, ale i po upadku na ziemię.

Tak więc nie tylko ogólne prawidłowości ale i lokalny przypadek: temperatura w środku lasu i na obrzeżu może być inna, inny dostęp do wody i nasłonecznienia itd., w rezultacie nie wszystkie liście i nie wszystkie drzewa żółkną i czerwienieją w tym samym czasie. Przyrodnicy używają czasem pojęcia deterministyczny chaos. Dobrze pasuje to do kolorowej, leśnej jesieni. Kolorowa jesień zależy od pogody. Najbardziej kolorowa jest gdy:

  • Temperatura powietrza spada powoli, ale nie gwałtownie (szybki mróz ogałaca nawet i zielone jeszcze liście z drzew).
  • Pogoda powinna być słoneczna, a niebo bezchmurne (tu mielibyśmy powiązanie z hipoteza osłony przez nadmiarem światła, ewentualnie możemy założyć, że owady są jeszcze aktywne).
  • Odpowiednia wilgotność.

Na pytanie dlaczego u nas jesienią liście są tak kolorowe: żółte, pomarańczowe, czerwone udało się udzielić kilka odpowiedzi. Ale one rodzą kolejne pytania i chęć dociekania. Zawsze można próbować falsyfikować hipotezy i zadawać kolejne „głupie, dziecięce” pytania. Ale głupich pytań nie ma, są tylko głupie odpowiedzi.

Nie bój się więc pytać siebie samego i innych.

Reklamy

Skomentuj

Wprowadź swoje dane lub kliknij jedną z tych ikon, aby się zalogować:

Logo WordPress.com

Komentujesz korzystając z konta WordPress.com. Wyloguj /  Zmień )

Zdjęcie na Google

Komentujesz korzystając z konta Google. Wyloguj /  Zmień )

Zdjęcie z Twittera

Komentujesz korzystając z konta Twitter. Wyloguj /  Zmień )

Zdjęcie na Facebooku

Komentujesz korzystając z konta Facebook. Wyloguj /  Zmień )

Połączenie z %s