Hvert høst gjennomgår bladene på løvtrær en dramatisk fargeendring før de mister sine nyvunne fargetoner, falmer til brune og døende. Prosessen kan ta flere uker, men Owen Reiser, en matematikk- og biologistudent ved det sørlige Illinois-universitetet Edwardsville, ønsket å se bladene forandre seg i løpet av få sekunder. "Jeg tok en feltbiologiklasse og lærte om løvtrær, " sier han. "Jeg har gått inn i dyrelivsfotografering og tidsperioder en stund, og jeg kunne ikke finne en tidsperiode med blader som endret farge, så jeg bare gikk etter det."
I løpet av seks uker tok Reiser mer enn 6000 nærbildefotografier av blader i sitt hjemmelagde time-lapse studio, som inkluderer et makroobjektiv og et kamera han kjøpte på eBay, et LED-lys på 10 dollar og et batteri som lar kameraet å løpe kontinuerlig. "Det er [i utgangspunktet] en pappeske og en haug med duct tape, men det får jobben gjort, " sier han.
Reiser samlet blader fra åtte forskjellige lauvtrær, arter som sassafras og sukker lønn som kaster løvet sitt årlig, og tok et fotografi av hver av hvert 30 til 60 sekunder i opptil tre dager. Ved å sy sammen tusenvis av bilder til en enkelt video, avslørte han en scene med å skifte blader som er langt mer levende enn et typisk høstbilde. I tidsforsinkelsesvideoen siver farger gjennom hvert blad som fargestoff som sprer seg gjennom stoff, og avslører planternes dynamiske virkninger når de forvandles.
David Lee, professor emeritus i biologiske vitenskaper ved Florida International University og forfatter av Nature's Palette: The Science of Plant Color , sier at han aldri har sett en video som Reiser's før. "Fargen selv på et individuelt blad varierer dramatisk, og dette viser at det endrer seg over tid."
Til tross for høstløvets popularitet, er vitenskapen bak de skiftende bladene ikke kjent. "Hver høst skriver folk om fargeendring, og typisk er artiklene fulle av alle slags feil, " sier Lee. En av de største misforståelsene er at røde og gule blader forandrer seg på samme måte, når de faktisk gjennomgår helt andre prosesser.
De gule bladene fra planter som heksahassel følger en tradisjonell lærebokforklaring for fargeendring: Nedbrytningen av grønne fotosyntetiske pigmenter kalt klorofyll utsetter de gule pigmentene eller karotenoider som skjuler seg under. (Karotenoider er den samme typen pigment som gir gresskar og gulrøtter sine forskjellige fargetoner.) Når bladene fortsetter å kaste bort, produserer de tanniner og blir brune.
Sett gjennom et mikroskop er klorofyll konsentrert i plantelivet i strukturer som kalles kloroplaster. (Kristian Peters - Fabelfroh via Wikicommons under CC BY-SA 3.0) På den annen side kommer de fleste røde fargetoner, som de i røde eiker, fra et pigment kalt antocyanin som er produsert etter hvert som bladet dør. "Folk hevder at den røde fargen [også] er en avmaskering fra sammenbruddet av klorofyll, og det er rett og slett galt, " sier Lee. "Den røde fargen er faktisk laget når klorofyllen begynner å bryte sammen - det er en syntese av disse pigmentene, så det er en ganske annen ting."
Selv om forskere vet hvordan røde pigmenter lages, er de fortsatt ikke sikre på hvorfor. I følge Lee er det to dominerende hypoteser. Evolusjonsbiologen William Hamilton antydet at farge brukes til å beskytte planter mot planteetning, siden røde fargetoner kan lure insektene til å tro at et blad er giftig eller usunt, og motvirker insekter fra å mate den eller legge eggene sine der.
Imidlertid er den dominerende oppfatningen popularisert av gartneren Bill Hoch at røde pigmenter gir fotobeskyttelse når bladet er sårbart, spesielt i sterkt lys og lave temperaturer når planter ikke fotosyntetiserer like effektivt. Antocyaniner hjelper til med å beskytte bladet ved å absorbere overflødig lys i bølgelengder som ikke brukes til fotosyntese, som den grønne delen av det synlige spekteret. De fungerer også som antioksidanter og beskytter bladet mot giftige biprodukter som lages når klorofyll brytes ned under aldring.
Syntese av antocyaniner kan også forklare hvorfor de raskt ekspanderende fargeflekkene i Reisers tidsperiode ikke er ensartede, siden temperatur og lyseksponering kan variere drastisk over et blads overflate, og muligens påvirke lokal produksjon av pigmentet.
Men hvorfor skulle en plante gå gjennom de evolusjonære problemer med å beskytte et blad som er bestemt til å dø? "Fordelen med planten er at bladene som bryter ned mer effektivt kan fjerne nitrogen fra proteinene som brytes ned, og transportere nitrogenet tilbake til planten, enten i de store lemmene eller til og med i rotsystemet, " sier Lee sier. Nitrogen er et essensielt næringsstoff for fotosyntese og vekst, så det å returnere så mye av det til treet som mulig før et blad faller, er med på å sikre at planten er godt lager for neste års syklus.
Mens vitenskapen om fargeendring fremdeles er innhyllet i mystikk, tror Lee den vil fortsette å fascinere både forskere og nysgjerrige observatører i mange spalter som kommer. “Det er som pandaen vår. Det er den saken som virkelig fanger mye oppmerksomhet for planteverdenen sammenlignet med dyreverdenen, sier han. "En merkelig farge er noe vi alle legger merke til." Med arbeid som Reisers video, kan vi nå undersøke de skiftende bladene med et friskt perspektiv, bringe nye spørsmål i fokus og forstørre puslespillet i naturens stadig utviklende palett.
