Setiap musim gugur, daun-daun pohon gugur mengalami perubahan warna yang dramatik sebelum menghancurkan warna baru mereka, memudar ke coklat dan mati. Proses ini boleh mengambil minggu, tetapi Owen Reiser, seorang pelajar matematik dan biologi di Southern Illinois University Edwardsville, ingin melihat perubahan daun dalam hitungan detik. "Saya mengambil kelas biologi medan dan kami belajar tentang pokok-pokok daun, " katanya. "Saya telah masuk ke dalam fotografi hidupan liar dan masa berlalu seketika, dan saya tidak dapat menemui daun-daun yang berubah warna, jadi saya hanya pergi untuk itu."
Sepanjang enam minggu, Reiser mengambil lebih dari 6, 000 foto gambar daun di studio masa lapang buatan sendiri, termasuk lensa makro dan kamera yang dibeli di eBay, lampu LED $ 10 dan bateri yang membolehkan kamera untuk berjalan secara berterusan. "Ini [pada dasarnya] kotak kadbod dan sekumpulan pita saluran, tetapi ia mendapat kerja yang dilakukan, " katanya.
Reiser mengumpulkan daun dari lapan pokok daun yang berbeza, spesies seperti sassafras dan maple gula yang menumpahkan dedaunan mereka setiap tahun, dan mengambil gambar masing-masing setiap 30 hingga 60 saat sehingga tiga hari. Dengan meniru ribuan gambar ke dalam satu video, dia mendedahkan adegan perubahan daun yang jauh lebih hidup daripada snapshot tipikal tipikal. Dalam video masa lapang, warna meresap melalui setiap daun seperti pewarna menyebarkan melalui kain, mendedahkan kerja dalam dinamik tumbuhan ketika mereka berubah.
David Lee, profesor emeritus dalam sains biologi di Florida International University dan pengarang Nature's Palette: The Science of Color Plant , mengatakan dia tidak pernah melihat video seperti Reiser sebelum ini. "Warna walaupun pada daun individu berubah secara dramatik, dan ini menunjukkan perubahan dari masa ke masa."
Walaupun populariti dedaunan jatuh, sains di sebalik perubahan daun tidak diketahui secara luas. "Setiap musim gugur, orang menulis tentang perubahan warna, dan biasanya artikel itu penuh dengan segala macam kesilapan, " kata Lee. Salah satu salah tanggapan terbesar adalah bahawa daun merah dan kuning berubah dengan cara yang sama, apabila mereka benar-benar menjalani proses yang sama sekali berbeza.
Daun tumbuh-tumbuhan seperti hazel sihir mengikuti penjelasan buku teks tradisional untuk perubahan warna: Pecahan pigmen fotosintetik hijau yang dipanggil klorofil memperlihatkan pigmen kuning, atau karotenoid, bersembunyi di bawahnya. (Carotenoids adalah jenis pigmen yang sama yang memberikan labu dan wortel warna yang berbeza.) Sebagai daun terus membuang, mereka menghasilkan tanin dan menjadi coklat.
Melihat melalui mikroskop, klorofil tertumpu dalam kehidupan tumbuhan dalam struktur yang dipanggil kloroplas. (Kristian Peters - Fabelfroh melalui Wikicommons di bawah CC BY-SA 3.0) Sebaliknya, kebanyakan nada merah, seperti yang terdapat dalam oak merah, berasal daripada pigmen yang dipanggil antosianin yang dihasilkan sebagai daun mati. "Orang ramai berpendapat bahawa warna merah [juga] yang tidak jelas dari pecahan klorofil, dan itu hanya salah, " kata Lee. "Warna merah sebenarnya dibuat apabila klorofil mula pecah-ada sintesis pigmen itu, jadi ia agak berbeza."
Walaupun saintis tahu bagaimana pigmen merah dicipta, mereka masih tidak pasti mengapa. Menurut Lee, terdapat dua hipotesis yang dominan. Ahli biologi evolusi William Hamilton mencadangkan warna digunakan untuk melindungi tumbuh-tumbuhan daripada herbivori, kerana warna merah mungkin menipu serangga memikirkan bahawa daun adalah toksik atau tidak sihat, mengganggu pepijat daripada memakannya atau meletakkan telur mereka di sana.
Walau bagaimanapun, kepercayaan dominan yang dipopularkan oleh horticulturist Bill Hoch adalah bahawa pigmen merah menawarkan perlindungan foto apabila daun itu terdedah, terutamanya dalam cahaya terang dan suhu rendah apabila tumbuh-tumbuhan tidak berkhasiat sebagai cekap. Anthocyanins membantu melindungi daun dengan menyerap cahaya yang berlebihan pada panjang gelombang yang tidak digunakan untuk fotosintesis, seperti bahagian hijau spektrum yang kelihatan. Mereka juga bertindak sebagai antioksidan, melindungi daun dari produk toksik yang dibuat apabila klorofil rosak semasa penuaan.
Sintesis anthocyanin mungkin juga menjelaskan mengapa kuncian warna yang semakin berkembang di masa reisi Reiser tidak seragam, memandangkan suhu dan pendedahan cahaya boleh berubah secara drastik di atas permukaan daun, mungkin memberi kesan kepada pengeluaran tempatan pigmen.
Tetapi kenapa tumbuhan itu melalui masalah evolusi untuk melindungi daun yang ditakdirkan untuk mati? "Kelebihan tumbuhan adalah bahawa daun-daun yang pecah dapat lebih efisien mengeluarkan nitrogen dari protein yang pecah, dan mengangkut nitrogen ke dalam tumbuhan, sama ada pada anggota besar atau bahkan dalam sistem akar, " Lee kata. Nitrogen adalah nutrien penting untuk fotosintesis dan pertumbuhan, jadi kembali banyaknya ke pokok yang mungkin sebelum daun jatuh membantu memastikan kilang itu ditapai dengan baik untuk kitaran tahun depan.
Walaupun sains perubahan warna masih diselubungi misteri, Lee fikir ia akan terus mempesonakan kedua-dua penyelidik dan pemerhati ingin tahu untuk musim gugur yang akan datang. "Ia seperti panda kami. Itu perkara yang benar-benar menarik perhatian dunia tumbuhan berbanding dunia haiwan, "katanya. "Warna ganjil adalah sesuatu yang kita semua perhatikan." Dengan kerja seperti video Reiser, kita kini boleh mengkaji perubahan daun dengan perspektif baru, membawa soalan-soalan baru ke dalam fokus dan membesarkan teka-teki palet yang sentiasa berubah-ubah.
