בכל סתיו עוברים עלים של עצים נשירים שינוי צבע דרמטי לפני שהם מחליפים את גווניהם החדשים, דועכים עד שחומים וגוססים. התהליך יכול לארוך שבועות, אך אוון רייזר, סטודנט למתמטיקה וביולוגיה מאוניברסיטת דרום אילינוי אדוארדסוויל, רצה לראות את העלים משתנים תוך שניות ספורות. "למדתי חוג לביולוגיה בשדה ולמדנו על עצים נשירים", הוא אומר. "אני נכנסתי לצילום של חיות בר ומזמן זמן ולא הצלחתי למצוא זמן מעבר של עלים שמשנים צבע, אז פשוט הלכתי על זה."
במהלך שישה שבועות צילם רייזר יותר מ -6, 000 צילומי תקריב של עלים בסטודיו ביתי הזמן שלו, הכולל עדשת מאקרו ומצלמה שרכש ב- eBay, נורת לד בסך 10 דולר וסוללה המאפשרת למצלמה. לרוץ ברציפות. "זה [בעצם] קופסת קרטון ושלל קלטות תעלה, אבל זה עושה את העבודה", הוא אומר.
רייזר אסף עלים משמונה עצים נשירים שונים, מינים כמו סספרס ומייפל סוכר שהשילו את העלווה שלהם מדי שנה, וצילם כל אחד מהם כל 30 עד 60 שניות במשך שלושה ימים. על ידי תפירת אלפי תמונות לסרטון יחיד הוא חשף סצנה של החלפת עלים שהיא חיה בהרבה מתמונת סתיו טיפוסית. בסרטון עם הזמן, הצבע מחלחל בכל עלה כמו צבע המתפשט דרך הבד, וחושף את פעולתם הפנימית של הצמחים בזמן שהם הופכים.
דייוויד לי, פרופסור אמריטוס למדעי הביולוגיה באוניברסיטה הבינלאומית בפלורידה, ומחבר ספר הצבעים של הטבע: המדע של צבע הצומח , אומר שמעולם לא ראה סרטון כמו זה של רייזר לפני כן. "הצבע גם על עלה בודד משתנה באופן דרמטי, וזה מראה שמשתנה עם הזמן."
למרות הפופולריות של העלווה בסתיו, המדע שמאחורי העלים המתחלפים אינו ידוע כלל. "בכל סתיו אנשים כותבים על שינוי צבע, ובדרך כלל המאמרים מלאים בכל מיני טעויות, " אומר לי. אחת התפיסות השגויות הגדולות ביותר היא שהעלים האדומים והצהובים משתנים באותה צורה, כאשר הם עוברים למעשה תהליכים שונים לחלוטין.
העלים הצהובים של צמחים כמו לוז מכשפה עוקבים אחר ההסבר המסורתי של ספר הלימוד לשינוי בצבע: פירוק הפיגמנטים הפוטוסינתטיים הירוקים המכונים כלורופילים חושף את הפיגמנטים הצהובים, או הקרוטנואידים, שמתחבאים מתחת. (קרוטנואידים הם אותו סוג של פיגמנט המעניק לדלעות וגזר את הגוונים המובהקים שלהם.) כאשר העלים ממשיכים לבזבז, הם מייצרים טאנינים ומשחימים.
ניתן לראות באמצעות מיקרוסקופ כלורופיל בתוך חיי הצמח במבנים הנקראים כלורופלסטים. (Kristian Peters - Fabelfroh באמצעות Wikicommons תחת CC BY-SA 3.0) מצד שני, מרבית הגוונים האדומים, כמו אלה באלונים אדומים, מגיעים מפיגמנט הנקרא אנתוציאנין המיוצר עם עליית העלה. "אנשים טוענים שהצבע האדום הוא [גם] פירוק מהתמוטטות הכלורופיל, וזה פשוט לא בסדר", אומר לי. "הצבע האדום נוצר למעשה כאשר הכלורופיל מתחיל להתפרק - יש סינתזה של אותם פיגמנטים, כך שזה דבר אחר לגמרי."
למרות שמדענים יודעים כיצד נוצרים פיגמנטים אדומים, הם עדיין לא בטוחים מדוע. לדברי לי, יש שתי השערות דומיננטיות. הביולוג האבולוציוני ויליאם המילטון הציע להשתמש בצבע כדי להגן על צמחים מפני עשב, מכיוון שגוונים אדומים עלולים להטעות חרקים לחשוב שעלה הוא רעיל או לא בריא, ומרתיע את החרקים מלהאכיל אותו או להטיל את ביציהם שם.
עם זאת, האמונה הדומיננטית שמאפיינת את הגננת ביל הוך היא שפיגמנטים אדומים מציעים הגנה מפני תמונות כאשר העלה פגיע, במיוחד באור בהיר ובטמפרטורות נמוכות כאשר צמחים אינם פוטוסנטיזציה באופן יעיל. אנתוציאנינים עוזרים להגן על העלה על ידי ספיגת עודפי אור באורכי גל שאינם משמשים לפוטוסינתזה, כמו החלק הירוק של הספקטרום הנראה. הם פועלים גם כנוגדי חמצון, מגנים על העלה מתוצרי לוואי רעילים המיוצרים כאשר כלורופיל מתפרק במהלך ההזדקנות.
סינתזת האנתוציאנינים עשויה גם להסביר מדוע כתמי הצבע המתרחבים במהירות בצמצום הזמן של רייזר אינם אחידים, מכיוון שחשיפה לטמפרטורה ול האור יכולה להשתנות בצורה דרסטית על פני עלה עלה, ואולי משפיעה על הייצור המקומי של הפיגמנט.
אך מדוע צמח יעבור את הצרה האבולוציונית בהגנה על עלה שעתיד למות? "היתרון לצמח הוא שהעלים שמתפרקים יכולים להסיר בצורה יעילה יותר חנקן מהחלבונים שמתפרקים ולהעביר את החנקן חזרה לצמח, אם בגפיים הגדולות או אפילו במערכת השורשים, " לי אומר. חנקן הוא חומר מזין חיוני לפוטוסינתזה וצמיחה, ולכן החזרת כמה שיותר ממנו לעץ לפני נפילתו של עלה עוזרת להבטיח שהצמח מצויד היטב למחזור השנה הבאה.
בעוד שמדע שינוי הצבעים עדיין אפוף מסתורין, לי חושב שהוא ימשיך לרתק הן חוקרים והן משקיפים סקרנים במשך הרבה דורות שיבואו. "זה כמו הפנדה שלנו. זה הדבר שמאוד מושך תשומת לב רבה לעולם הצומח לעומת עולם החיות, "הוא אומר. "צבע מוזר זה משהו שכולנו שמים לב אליו." עם עבודה כמו הסרטון של רייזר, אנו יכולים כעת לבחון את העלים המשתנים בפרספקטיבה רעננה, להביא שאלות חדשות למוקד ולהגדיל את הפאזל של לוח הצבעים המתפתח של הטבע.
