Eduscience

Eduscience

Dlaczego w czasie jesieni liście drzew zmieniają kolor? Czemu stają się żółte, przybierając jednocześnie czerwone rumieńce? Czy te atrakcyjne dla naszych oczu przebarwienia mają jakieś znaczenie dla rośliny? Nad tym pozornie zwyczajnym zjawiskiem głowią się najtęższe umysły.

To jasne jak słońce, że liście wielu gatunków drzew zmieniają kolor z zielonego na żółty. W świeżych, młodych liściach znajduje się mnóstwo zielonego barwnika (chlorofilu), który bierze udział w fotosyntezie. Chlorofil wyłapuje energię słoneczną docierającą do naszej planety i wykorzystuje ją do produkcji pokarmu dla rośliny. Ta zielona fabryka przestaje być potrzebna jesienią, gdy drzewo szykuje się do zimowego spoczynku. W starzejących się liściach chlorofil ulega rozkładowi i dominować zaczynają żółte barwniki (karotenoidy). Są one cały czas obecne w liściach, lecz w czasie okresu wegetacyjnego skutecznie maskuje je chlorofil. Zatem żółknięcie liści jest produktem ubocznym starzenia się liścia i prawdopodobnie do niczego roślinie nie służy.

Z czerwienieniem liści sprawa ma się jednak całkiem inaczej. Barwniki odpowiadające za ten kolor (antocyjaniny) produkowane są przez liść dopiero tuż przed jego opadnięciem. Jest to kosztowna inwestycja dla drzewa, stąd podejrzenie, że muszą się z nią wiązać jakieś korzyści.

Według jednej teorii czerwienienie liści na jesieni może stanowić formę obrony drzewa przed roślinożernymi owadami – zwłaszcza mszycami. Te małe pluskwiaki przed zimą migrują na rośliny i składają jaja na pędach lub w załamaniach kory. Od wczesnej wiosny młode myszce zaczynają wysysać z roślin soki i czynić im inne szkody. Czerwone zabarwienie starzejących się liści miałoby być dla mszyc zwodniczym sygnałem o słabym stanie drzewa, na przykład o niskiej zawartości substancji odżywczych. Przez czerwone liście drzewo miałoby przekazywać szkodnikom informację – „Jestem nieatrakcyjne dla was, bo jestem w marnym stanie i na wiosnę źle się to odbije na was i na waszym potomstwie. Lepiej poszukajcie sobie innego drzewa!”.

Niektórzy badacze twierdzą, że mszyce faktycznie unikają czerwonych liści. Inni natomiast utrzymują, że to niemożliwe ponieważ oczy tych owadów nie mają receptorów czerwieni i są niewrażliwe na tę barwę. Jak zatem miałyby odróżnić czerwone liście od zielonych i żółtych?

Grupa naukowców, która przeprowadziła doświadczenie sprawdzające, czy mszyce faktycznie wolą jedne kolory od innych, stanęła przed licznymi problemami. Najważniejsze z nich to:

  1. Pojęcie koloru jest czymś względnym. Oczy owadów są zbudowane inaczej niż oczy ludzkie i zwierzęta te widzą świat całkiem inaczej niż my. Zatem ludzkie kategorie „czerwone” lub „zielone” mogą być całkowicie nieistotne w owadzim świecie. Co więcej, niekiedy nawet ludzie postrzegają te same kolory inaczej i inaczej je nazywają!
  2. Ponadto kolor liścia może być powiązany z innymi jego właściwościami, np. czerwone liście mogą emitować inne substancje lotne (zapachowe) niż zielone, więc dla mszyc mogą one pachnieć  inaczej. Być może więc owady wybierają nie kolor liścia, lecz jego zapach?

Naukowcy chcąc się dowiedzieć, jak to w końcu jest, przeprowadzili eksperyment z pułapkami na owady. Pułapki, które „udawały” liście, pokolorowali na rozmaite kolory. Nie użyto prawdziwych liści, żeby uniknąć wpływu ich ewentualnego zapachu na wybór koloru przez złapane mszyce. Zamiast nazywać „po ludzku” poszczególne kolory pułapek (czerwona, zielona, niebieska itd.), zmierzyli spektrofotometrem spektrum światła odbijanego przez „sztuczne liście”. Następnie analizowali pobudzenie poszczególnych fotoreceptorów w oku mszyc przez odbijane przez pułapkę światło. Okazało się, że jakkolwiek mszyce nie mają w oku receptorów czerwieni, to jednak kolor widziany przez nas jako czerwony rozróżniają od zielonego. Dzieje się to na podstawie różnic w pobudzeniu receptorów zieleni i niebieskiego w oku. Do opisu kolorów widzianych przez mszyce wykorzystano wskaźnik G/B, gdzie G (green) oznacza pobudzenie w oku fotoreceptorów zieleni, a B (blue) oznacza pobudzenie fotoreceptorów niebieskiego. Pułapki widziane przez nas jako zielone miały wysoki wskaźnik G/B, natomiast pułapki widziane przez nas jako czerwone odznaczały się niższym wskaźnikiem G/B.

W eksperymencie stwierdzono m. in. , że:

  1. Mszyce, mimo że nie mają w oku receptorów czerwieni, potrafią ją odróżnić od zieleni.
  2. Więcej mszyc lądowało na zielonych pułapkach niż na czerwonych, jednak najwięcej na żółtych.

Wyniki te sugerują, że teoria na temat przystosowawczej roli jesiennej barwy liści drzew może być słuszna. Przy czym obok wyjaśnienia,  że czerwony barwnik alarmuje mszyce, wysyłając sygnał o niskiej jakości drzewa, powstało inne, w świetle którego rola czerwonej barwy liścia polega na maskowaniu atrakcyjnej dla mszyc żółtej barwy. Dlaczego jednak to żółty kolor miałby być atrakcyjny dla mszyc? Naukowcy wciąż się głowią nad tą zagadką, a każda próba jej rozwiązania rodzi nowe pytania.

 

Tekst: Magdalena Puczko

Instytut Geofizyki PAN


Źródła:

Döring TF, Archetti M, Hardie J. 2009. Autumn leaves seen through herbivore eyes.Proc Biol Sci. 276: 121-7.

Galeria zdjęć

Wygraj wyprawę życia z EDU-ARCTIC

Marzysz o arktycznej przygodzie? Chcesz zobaczyć, jak pracują naukowcy na dalekiej północy? Niestraszne CI łodzie, helikoptery, piesze wycieczki? Już w lipcu możesz wyjechać w „podróż życia” na Wyspy Owcze lub do Norwegii! Taką szansę daje…

Czytaj więcej

2 Krajowa Konferencja Scientix "Dobre praktyki STEM"

Serdecznie zapraszamy na 2. Krajową Konferencję Scientix „Dobre Praktyki STEM” dla nauczycieli przedmiotów matematyczno-przyrodniczych, która odbędzie się w dn. 23-24.11.2018 r. w Warszawie. Zapisy właśnie ruszyły, a organizatorzy jak zwykle…

Czytaj więcej

Webinaria Scientix dla nauczycieli

Serdecznie zapraszamy na webinaria dla nauczycieli przedmiotów przyrodniczych. W cztery kolejne środy o godzinie 15.00 zabierzemy Państwa w podróż do świata nauki. Pokażemy ciekawe materiały do pracy z uczniami i zaprezentujemy różne sposoby…

Czytaj więcej

Zdrowe opalanie, czyli jakie?

Jak długo mogę się dziś opalać? To pytanie zadajemy sobie szczególnie w bardzo słoneczne dni. Czy możliwe jest wyznaczenie czasu opalania, w którym naszemu organizmowi dostarczymy dawkę promieniowania potrzebną do wytworzenia witaminy D3, a jednocześnie…

Czytaj więcej