A színpompás őszi erdő már sok biológus fantáziáját megmozgatta.

Elméletek sora született arról, hogy miért alakult ki ez az őszi színkavalkád. A jelenség hátterében álló biokémiai folyamatok régóta ismertek, de az evolúciós okokról csak találgatnak. A magyarázatok között felmerült, hogy a színes levelek napellenzőként működve megóvják a még vissza nem szívott tápanyagokat a lebomlástól. Mások szerint az elszíneződés javítja a növények hőháztartását a hűvösödő őszi napokon. Egy másik elképzelés szerint a fák a rovarok miatt álcázzák magukat: a legtöbb rovar nem érzékeli a vörös színt, így nehezebben veszik észre színes leveleket, és nem lepik el tömegesen a fákat az áttelelésre készülve.

Senki nem tudja, hogy a fenti elképzelések közül melyik az igazi (valószínűleg több tényező is szerepet játszhat a színváltásban). Ezért az Oxfordi Egyetem zoológusa, Marco Archetti – aki saját maga is régóta foglalkozik a színváltás evolúciós okaival – összegyűjtötte a részeredményeket, és közzétette őket az Oikos és a Trends in Ecology and Evolution folyóiratban.

A levelek elszíneződésének biokémiai okai

A levelek zöld pigmentje a klorofill. A klorofillban elnyelt fény szolgáltatja az energiát ahhoz, hogy a növény a szén-dioxidot és a vizet oxigénné és szénhidrátokká alakítsa át (ez a fotoszintézis). A klorofill vörös és kék fényt nyel el a növényre eső napfényből, ezért a leveleket zöldnek látjuk. Nyáron a klorofill rendszeresen elbomlik és újratermelődik a levelekben.

Sok növény leveleiben van egy másik pigment is, a karotin. Ez a vegyület a zöldeskék és a kék fényt nyeli el, ezért a karotinról visszavert fény sárgának látszik. Ha egy levélben karotin és klorofill is van, a levél élénkzöldnek látszik. A karotin kevésbé bomlékony vegyület, mint a klorofill, és még akkor is a levélben marad, ha a klorofill már eltűnt. Ilyenkor a levelet sárgának látjuk.

A levelekben előforduló pigmentek harmadik csoportja az antocianinok közé tartozik. Az antocianinok kék, kékeszöld és zöld fényt nyelnek el, ezért az antocianinokat tartalmazó levelek vörösnek.

Az ősszel rövidülő nappalok és a hűvös éjszakák miatt bekövetkező változások egyike, hogy az ág és a levél szára között parafaszerű membrán képződik. Ez a membrán gátolja, hogy a tápanyagok a levélbe jussanak. Ezért abbamarad a klorofill-termelés, és a levelek zöld színe elhalványul. Ha a levél karotint is tartalmaz, mint például a nyírfa levele, a színe sárgára vált. Azokban a falevelekben, amelyekben sok a cukor, antocianinok képződnek, ezek festik pirosra a leveleket.

Elszíneződő őszi levél

Forrás: AFP/Marcel Kusch

Az elszíneződés evolúciós magyarázatai

A biológusok túlnyomó része szerint a levelek őszi elszíneződése pusztán az évszakváltásból és az ezt kísérő hőmérsékleti és megvilágításbeli változásokból eredő biokémiai folyamatok következménye, és nincs semmilyen adaptív jellege (vagyis nem a változó környezeti viszonyokhoz való alkalmazkodás miatt következik be). Több kutató azonban nem elégszik meg ezzel az egyszerű (és meglehetősen kézenfekvő) magyarázattal, hanem úgy véli, hogy a levelek színváltásának adaptív evolúciós háttere is van.

Napszűrő hatás.

 Egyesek szerint az őszi színek védenek a fény hatására bekövetkező oxidációtól. A közvetlenül fényszűrőként, közvetetten antioxidánsként viselkedő színanyagok ily módon lehetővé teszik a tápanyagok – különösen a nitrogén – hatékony visszaszívását a levelek lehullása előtt. Az elképzelés már a 19. században felbukkant, de a mai napig nem sikerült meggyőző bizonyítékot találni rá.

Őszi erdő

Levélmelegítés. 

Az antocianinok a fényt hővé alakítják, így melegítik a leveleket. Ezzel fokozzák a párologtatást és az anyagcserét, illetve ősszel megvédik a leveleket a hidegtől. Az elképzeléssel az a legnagyobb gond, hogy semmilyen bizonyíték nincs arra, hogy a melegítés fontos lenne a fák őszi levelei számára. Fontosabb lehet egyes örökzöld fajok számára, amelyek télen átmenetileg vörös színűre változnak.

Rovarok és fák közös evolúciója.

 A feltételezés szerint az őszi színek a rovaroknak (például a levéltetveknek) szánt jelzés, amelyek ősszel a fákra vándorolnak, és tavaszig a fákat használják gazdaként. A szín figyelmeztet a jobb kémiai védekezésre vagy a rosszabb tápanyagellátásra, esetleg másvalamire, ami hátrányos a rovarok számára. Emiatt a rovarok evolúciója úgy alakul, hogy előnyben részesítik a zöld színt.

Talán ez az egyik legmegalapozottabb elmélet (a kidolgozásával Archetti is foglalkozott), bár ezzel kapcsolatban is több aggály merül fel. Bár kiderült, hogy a levéltetvek valóban képesek megkülönböztetni a piros és a zöld színt, sokan azzal érvelnek, hogy a rovarokat nem a színek vonzzák vagy taszítják, hanem a kémiai anyagok.

Álcázás. 

Az őszi színek kevésbé észlelhetővé teszik a leveleket az ősszel a fákra költöző rovarok számára. A piros szín nem függ össze a fa tulajdonságaival, csupán álcázásként szolgál. Az utóbbi időkben azonban egyre több bizonyíték lát napvilágot arról, hogy a rovarok érzékelik a vörös színt is, így álcázási szempontból semmi értelme a színváltozásnak.

Ehetetlenség. 

Ebben az esetben nem magának a színnek van szerepe, hanem az antocianinok kellemetlen, illetve mérgező hatásának. Az elképzelés szerint a növényevők támadásának, illetve a gombafertőzéseknek jobban kitett fajok több antocianint termelnek, ezért színesebbek ősszel. Semmi bizonyíték nincs azonban arra, hogy az antocianinok valóban csökkentenék a növényevők vagy a gombák okozta károkat.

A felsoroltakon kívül még számos elmélettel előálltak az idők folyamán, de azok tényleg csak találgatások. Úgy tűnik, hogy az őszi színek evolúciójának rejtélye még sokáig megoldatlan marad. Az is könnyen lehet, hogy végképp beigazolódik, az embereket gyönyörködtető őszi színkavalkád csak a biokémia véletlenszerű játéka.

Darmstadt, 2013. október 22. Őszi színekbe öltözött levelek ölelnek körül egy fatörzset a németországi Darmstadtban 2013. október 22-én. (MTI/EPA/Ben Wenz)

Forrás: MTI/EPA/Ben Wenz