Die Blätter von Laubbäumen erfahren bei jedem Herbst einen dramatischen Farbwechsel, bevor sie ihre neu entdeckten Farbtöne verlieren, braun werden und absterben. Der Vorgang kann Wochen dauern, aber Owen Reiser, Mathematik- und Biologiestudent an der Southern Illinois University in Edwardsville, wollte, dass sich die Blätter innerhalb von Sekunden ändern. „Ich nahm an einem Feldbiologiekurs teil und wir lernten etwas über Laubbäume“, sagt er. "Ich beschäftige mich schon seit einiger Zeit mit Naturfotografie und Zeitraffer. Ich konnte keine Zeitraffer von Blättern finden, die ihre Farbe wechselten, also habe ich mich einfach daran gemacht."
Innerhalb von sechs Wochen hat Reiser in seinem hausgemachten Zeitraffer-Studio mehr als 6.000 Nahaufnahmen von Blättern gemacht, darunter ein Makroobjektiv und eine Kamera, die er bei eBay gekauft hat, ein 10-Dollar-LED-Licht und einen Akku, mit dem die Kamera funktioniert kontinuierlich laufen. "Es ist [im Grunde] ein Karton und ein Bündel Klebeband, aber es erledigt die Arbeit", sagt er.
Reiser sammelte Blätter von acht verschiedenen Laubbäumen, darunter Sassafras und Zuckerahorn, die jedes Jahr ihr Laub abwerfen, und machte bis zu drei Tage lang alle 30 bis 60 Sekunden ein Foto von jedem Baum. Indem er Tausende von Bildern zu einem einzigen Video zusammenfügte, zeigte er eine Szene mit wechselnden Blättern, die weitaus lebendiger ist als ein typischer Herbstschnappschuss. Im Zeitraffervideo sickert Farbe durch jedes Blatt wie ein Farbstoff, der sich im Stoff ausbreitet, und enthüllt das dynamische Innenleben der Pflanzen, während sie sich verwandeln.
David Lee, emeritierter Professor für Biowissenschaften an der Florida International University und Autor von Nature's Palette: Die Wissenschaft der Pflanzenfarbe , sagt, er habe noch nie ein Video wie das von Reiser gesehen. "Die Farbe selbst eines einzelnen Blattes variiert dramatisch, und dies zeigt, dass sich diese im Laufe der Zeit ändert."
Trotz der Popularität des Herbstlaubs ist die Wissenschaft hinter den wechselnden Blättern nicht allgemein bekannt. "Jeden Herbst schreiben die Leute über Farbwechsel, und in der Regel sind die Artikel voller Fehler", sagt Lee. Eines der größten Missverständnisse ist, dass sich rote und gelbe Blätter auf die gleiche Weise verändern, wenn sie tatsächlich völlig unterschiedlichen Prozessen unterliegen.
Die gelben Blätter von Pflanzen wie Hamamelis folgen einer traditionellen Lehrbucherklärung für Farbveränderungen: Durch den Abbau von grünen photosynthetischen Pigmenten, den Chlorophyllen, werden die darunter versteckten gelben Pigmente oder Carotinoide freigelegt. (Carotinoide sind die gleichen Pigmente, mit denen Kürbisse und Karotten ihre unterschiedlichen Farbtöne erhalten.) Wenn die Blätter weiter absterben, produzieren sie Tannine und werden braun.
Durch ein Mikroskop betrachtet ist Chlorophyll in Strukturen, die als Chloroplasten bezeichnet werden, innerhalb des Pflanzenlebens konzentriert. (Kristian Peters - Fabelfroh über Wikicommons unter CC BY-SA 3.0) Andererseits stammen die meisten Rottöne, wie die in roten Eichen, von einem Pigment namens Anthocyanin, das beim Absterben des Blattes entsteht. "Die Leute argumentieren, dass die rote Farbe [auch] eine Entlarvung des Chlorophyll-Abbaus ist, und das ist einfach falsch", sagt Lee. "Die rote Farbe entsteht tatsächlich, wenn das Chlorophyll anfängt, sich aufzulösen. Es gibt eine Synthese dieser Pigmente, also ist es etwas ganz anderes."
Obwohl Wissenschaftler wissen, wie rote Pigmente entstehen, wissen sie immer noch nicht warum. Laut Lee gibt es zwei vorherrschende Hypothesen. Der Evolutionsbiologe William Hamilton schlug vor, Pflanzen vor Pflanzenfressern zu schützen, da rote Farbtöne Insekten dazu verleiten könnten, zu denken, dass ein Blatt giftig oder ungesund ist, und Insekten davon abhalten, sich davon zu ernähren oder ihre Eier dort abzulegen.
Die vorherrschende Überzeugung des Gärtner Bill Hoch ist jedoch, dass rote Pigmente einen Lichtschutz bieten, wenn das Blatt anfällig ist, insbesondere bei hellem Licht und niedrigen Temperaturen, wenn Pflanzen nicht so effizient photosynthetisieren. Anthocyane schützen das Blatt, indem sie überschüssiges Licht bei Wellenlängen absorbieren, die nicht für die Photosynthese verwendet werden, wie der grüne Teil des sichtbaren Spektrums. Sie wirken auch als Antioxidationsmittel und schützen das Blatt vor toxischen Nebenprodukten, die entstehen, wenn Chlorophyll während des Alterns abgebaut wird.
Die Synthese von Anthocyanen könnte auch erklären, warum die sich schnell ausdehnenden Farbflecken im Zeitraffer von Reiser nicht gleichmäßig sind, da Temperatur und Lichteinwirkung über die Blattoberfläche stark variieren können und möglicherweise die lokale Produktion des Pigments beeinträchtigen.
Aber warum sollte eine Pflanze das evolutionäre Problem haben, ein Blatt zu schützen, das zum Absterben bestimmt ist? „Der Vorteil für die Pflanze besteht darin, dass die abgebauten Blätter den Stickstoff effizienter aus den abgebauten Proteinen entfernen und den Stickstoff entweder in den großen Gliedmaßen oder sogar im Wurzelsystem zurück in die Pflanze transportieren können“, so Lee sagt. Stickstoff ist ein essentieller Nährstoff für die Photosynthese und das Wachstum. Wenn Sie also so viel wie möglich davon an den Baum zurückgeben, bevor ein Blatt fällt, ist sichergestellt, dass die Pflanze für den Zyklus des nächsten Jahres gut gefüllt ist.
Während die Wissenschaft des Farbwechsels immer noch geheimnisvoll ist, wird Lee der Ansicht sein, dass sie Forscher und neugierige Beobachter auch in den kommenden Herbstmonaten faszinieren wird. „Es ist wie bei unserem Panda. Es ist das, was der Pflanzenwelt im Vergleich zur Tierwelt wirklich viel Aufmerksamkeit schenkt “, sagt er. „Eine merkwürdige Farbe ist etwas, das wir alle bemerken.“ Mit Arbeiten wie Reisers Video können wir jetzt die wechselnden Blätter aus einer neuen Perspektive betrachten, neue Fragen in den Mittelpunkt rücken und das Rätsel der sich ständig weiterentwickelnden Palette der Natur vergrößern.
