Hvert år kan vi beundre skogens kortvarige men blendende forvandling. Bladene skifter farge og blir røde, gule, oransje, brune eller purpurfarget, før de slipper taket og kaster seg ut fra treet som forbereder seg på møtet med Kong Vinter.

Bladene skaffer næring

Hele sommeren har løvet skaffet treet næring gjennom fotosyntesen, ved hjelp av klorofyll i bladene. Klorofyll absorberer rødt og blått lys fra sollyset, og lagrer det. Lyset som sendes ut fra bladene mangler derfor rødt og blått, og ser grønt ut.

Planter tar opp vann fra bakken gjennom røttene, karbondioksid fra lufta, og bruker sollyset til å gjøre vann og karbondioksid om til glukose gjennom fotosyntesen. Glukosen er en energikilde og brukes som byggesteiner for å vokse.

Når sommeren tar slutt og høsten kommer sigende, blir dagene kortere og kaldere. Slik vet trærne at det er på tide å gjøre seg klar for vinteren. I den kalde årstida finnes det nemlig ikke nok lys og vann til fotosyntesen. Trærne hviler, og lever på matlageret de har samlet i løpet av sommeren.

Viser sine virkelige farger

Derfor skrur de også av sine matproduserende fabrikker - de vevre bladene. En korkaktig hinne dannes mellom grenene og bladstammen, og hindrer næringsstrømmen. Det grønne klorofyllet brytes ned og forsvinner.

Et blad inneholder hele tiden mange flere pigmenter enn klorofyll; for eksempel gule eller oransje karotenoider, som også gir gulrøttene den karakteristiske fargen.

Når bladene slutter å samle næring, og det grønne klorofyllet blir brutt ned, er det som å trekke sløret av de andre fargene. De har vært gjemt hele sommeren under det dominerende klorofyllet.

Noen blader produserer nye pigmenter

Noen trær får bare den gule eller oransje høstfargen; for eksempel bjørka. På andre trær blir bladene bare brune og tørre og faller av. Hos enkelte starter en mengde kjemiske prosesser, avhengig av bladets pigmentsammensetning, og fargene går fra gult til rødt og blått.

Bak alle høstfargene ligger nemlig endringen av konsentrasjonen av forskjellige fargepigmenter i bladene. Selv i dag klarer man ikke helt å forstå prosessen. Forskerne stusser særlig over hvorfor noen blader setter i gang å produsere nye pigmenter og kjemikalier i bladene når de likevel snart skal kaste seg i døden og danne et næringsrikt teppe på bakken.

Antocyaniner

Fargen på et blad er et resultat av interaksjonen mellom forskjellige pigmenter som plantene produserer. De viktigste pigmentklassene er porfyriner, karotenoider og flavonoider.

Klorofyll er et porfyrin, og gir den grønne fargen. Karoten gir farger som gult, oransje og rødt, mens antocyaniner som er et flavonoider, gir rødt, purpur, magenta eller blått. Antocyanin er det samme stoffet som gir farge til røde roser.

Antocyaniner er involvert den andre mekanismen bak høstens fargeskue. Enkelte trær blir røde eller purpur fordi de danner antocyaniner fra sukker produsert på solfylte høstdager.

Hvordan forteller ikke hvorfor

De knallrøde fargene som for eksempel viser seg på lønnetrær har gitt utgangspunkt for en del forskjellige teorier. Forskerne vet at de røde sjatteringene henger sammen med antocyaninene, men de vet ikke hvorfor trærne produserer dem, eller hvilken rolle de spiller i bladet.

Biologer vet nemlig at hvordan noe skjer er et helt annet spørsmål enn hvorfor noe skjer, som impliserer funksjon.

Mange av høstfargene er et biprodukt av at det grønne klorofyllet brytes ned, men hva er det som får bladene til å anstrenge seg for å lage antocyaniner som svar på kortere dager og kjølige netter? Oppbygging av pigmenter krever aktivitet fra en rekke enzymer kodet av mange gener. Logikken tilsier at all denne aktiviteten må ha en funksjon.

Rødt jager lus

Noen forskere tror den røde fargen sender ut en beskjed. Avdøde William Hamilton, en av de viktigste tenkerne innenfor evolusjon i det tjuende århundre, presenterte i fjor, sammen med Sam Brown, en hypotese om at trærne bruker den røde fargen til å sende ut en melding til sine insektfiender om at de bør finne noen andre å plage.

Hamilton og Brown mener det er usannsynlig at trærne lager store mengder potensielt kostbare stoffer i bladene rett før de kaster dem.

Om høsten leter mange insekter etter planter de kan overvintre på, spise av, og reprodusere på neste år. De to forskerne tok for seg lus, fordi de har en tendens til å være kresne på hva de spiser, og er følsomme for farger når de lokaliserer sin vert.

Utsatte arter viser spektakulære farger

Den store skaden lus er i stand til å gjøre på trær vil være en god grunn til å prøve å holde dem unna. Forskerne undersøkte 262 tresorter, og fant ut at styrken på gulfargene og rødfargene på høstløvet hang sammen med antallet lusearter som angrep treet.

Lønn, for eksempel, med sine sterke røde høstfarger, er en av tresortene som blir minst infisert av lus, noe som passer sammen med ideen om at tresortene som plages av stor insektskade bør investere mer i fargesignalisering.

Som påfuglen?

Forskerne foreslo at de sterke høstfargene er et handikapsignal. Ved å bruke ressurser på å vise seg fram, stiller trærne sin gode helse og forsvarsvilje til skue. En lus som leter etter overvintringssted vil styre unna de mest prangende trærne, som signaliserer et godt forsvarssystem.

Dette var det første forslaget om et handikapsignal hos planter. Handikapprinsippet er en vanlig forklaring på hvorfor dyr viser seg fram - som for eksempel påfuglen med sine halefjær. Halen er imponerende, men upraktisk - et handikap.

Teorien sier at individer som er under seleksjon for å vise sine kvaliteter (styrke, størrelse, ingelligens, generell sunnhet) til andre individer, kan bare signalisere dette gjennom adapsjoner som forårsaker store kostnader på andre områder.

Får fargesprakende trær stå i fred?

Påfuglens hale er stor, tung og krever dyrebar energi for å vokse fram. Bare de sunneste og sterkeste dyrene har råd til de største og flotteste halefjærene. Halens funksjon er å fortelle potensielle kvinnelige partere hvor bra hannen er som make.

Det samme gjelder for trærne. Det er bare de sterkeste og sunneste som har råd til de mest spektakulære fargene.

Sammenhengen mellom farger og planteetere for høstløvet fører til nye spørsmål: Holder sammenhengen også innenfor en bestemt art? Altså får de mer fargesprakende individene stå i fred? Og kan ideen utvides til å gjelde andre enn lus?

Solkrem?

En annen teori har vært at de røde pigmentene fungerer som beskyttelse for den sviktende fotosyntesen, ved å hindre at det grønne klorofyllet blir solbrent av ultrafiolette (UV) stråler. Blader trenger kanskje ekstra beskyttelse den siste tiden før de faller av. Om høsten må nemlig det aldrende bladet redde så mye nitrogen som mulig, og sende det til vev i treet hvor det kan bevares over vinteren.

Selv om fotosyntesen er skrøpelig mot slutten, må den altså opprettholdes for at bladet skal kunne fullføre sin redningsaksjon. Disse teoriene fikk William A. Hoch til å se nærmere på den intense røde høstfargens geografiske historie.

Hypotesen var at planter sannsynligvis produserte mer antocyaniner i klima der temperaturen ofte faller drastisk om høsten. Av 74 undersøkte arter, kom de 41 trærne som viste de rødeste fargene alle fra den nordamerikanske kjølige sonen.

Antioksiderende evner

Amerikanske Kevin Gould har undersøkt de antioksiderende evnene hos antocyaninene. Antioksidanter nøytraliserer energirike frie radikaler som kan skade DNA, proteiner og cellemembraner.

Det viste seg at antocyaninene nøytraliserte frie radikaler fire ganger bedre enn de kjente antioksidantene C- og E-vitamin.

Regulerer vann?

En fjerde funksjon er foreslått av Linda Chalker-Scott. Hun mener pigmentene kan være med på å regulere vannets bevegelser. Antocyaniner er nemlig vannløselige, i motsetning til klorofyll og mange andre plantepigmenter.

Vann som inneholder en oppløst substans har det man kaller lavere osmotisk potensial, eller en mindre evne til å flyte bort. Den oppløste substansen sørger også for at frysepunktet blir lavere; en potensiell fordel i kalde høstnetter.

Mange teorier, og få svar, men en ting kan forskerne enes om: Høstfargene er mer enn bare et biprodukt av at klorofyllet forsvinner. Noe annet de er noenlunde enstemmige på, er hvilket vær som gir det flotteste fargeskuet:

Tørt, solfylt og kaldt

Det beste høstværet for å få fram de gnistrende røde fargene er varme, solfylte dager, fulgt av kalde netter. Bladene produserer mye sukker (glukose) om dagen, men de kalde nettene og den korkaktige membranen mellom grenene og bladstammen hindrer at stoffet forlater bladene.

Fra sukkeret som er fanget i bladet dannes antocyanin i røde sjatteringer. Dersom plantesaften i bladet er sur, vil stoffet reflektere en klar rød farge. Om saften er mindre sur, går fargen mot purpur.

Lave temperaturer ødelegger klorofyll, men om de holder seg over frysepunktet er forholdene gode for produksjon av antocyaniner. Sterkt sollys ødelegger også klorofyll og øker produksjonen av antocyaniner. Tørt vær, med økende sukkerkonsentrasjon i bladet, øker også mengden antocyanin. De beste høstfargene kommer altså når tørre, solfylte dager følges av kalde, tørre netter.

Referanser:

Feild, T.S., D.W. Lee, og N.M. Holbrook, Why leaves turn red in autumn: The role of anthocyanins in senescing leaves of red-osier dogwood; Plant Physiology 127:566-574; 2001.

Gould, K.S., og D. Lee; Anthocyanins in Leaves; Advances in Botanical Research, Vol. 37; Academic Press.

Gould, K.S., J. McKelvie, og K.R. Markham; Do anthocyanins function as antioxidants in leaves? Imaging of H2O2 in red and green leaves after mechanical injury; Plant, Cell and Environment 25:1261-1269, 2002.

Gould, K.S.; Why leaves are sometimes red: Nature 378:241-242, 1995.

Hamilton, W.D. og S.P. Brown; Autumn tree colours as a handicap signal; Proceedings of the Royal Society of London B 268:1489-1493, 2001.

Hoch, W.A., E.L. Zeldin, og B.H. McCown; Physiological significance of anthocyanins during autumnal leaf senescence; Tree Physiology 21:1-8.

Lenker:

Science News Online: Why turn red
The Scientist: Why leaves Turn Color in the Fall
Nature: Trees tell pests to leaf off
University of Wiskconsin-Madison: The cehmical of the week: The chemistry of autumn colours
RSC’s chemical science network: Shades of autumn