Priča o lišću koje umire i drveću koje ubija

Jesen je doba koje nas podseća da lišće mora pasti, da leto mora završiti, da će život opet ići dalje. Каo u predivnoj obradi Manuele Mameli jazz standarda "Autumn Leaves", komponovane stihove francuskog pesnika  Jacques Préverta, "Les feuilles mortes" (mrtvo lišće).  Ko to u šumi daje daje "komandu" da je vreme sušenju, i da drveće počne da poprima predivne crveno-žute i ljubičaste boje? Zašto lišće menja boju i opada? Ko pritišće taj prekidač ? Zašto je priroda uredila stvari baš tako da listopadno drvo mora da se odrekne svoga dela tela i prepusti ga umiranju ?  Naučni odgovori i na ta pitanja postoje naravno i ima ih više. Pre nego krenemo, pitanje :

Hoćemo li pokvariti taj stari dobri osećaj jesenje nostalgije ako zavirimo u nauku opadanja lišća ?

Mislim da nećemo. To je uobičajena priča o prirodi: iza svega se odvija jedan veoma složen proces, jedan čitav svet za sebe. Treba ga upoznati i pokušati razumeti.

Prvo što većina ljudi nauči na časovima biologije o toj temi jeste da lišće svoju zelenu boju dobija od hlorofila i tu se već negde priča završava. Ali šta je uopšte hlorofil?  Hlorofil (grčki. hloros = zelen) je zeleni pigment smešten u hloroplastima. To su zelena telašca (organele) smeštena unutar biljnih ćelija lista. Hloroplasti su ključni akteri u procesu fotosinteze, to jest transformacije svetlosne energije u hemijsku i njeno smeštanje u šećere koje biljne ćelije mogu dalje da koriste.

Biljne ćelije, male zelene loptice u njima su hloroplasti 

Postoje razne vrste hlorofila, neki su prisutni samo na odredjenim vrstama biljaka, neki na algama, neki daju crveni pigment, a neki su prisutni i u bakterijama koje su u stanju takodje da rade fotosintezu (tkz. fotosintetičke bakterije), a koje mogu fotosintezu da vrše čak i u mraku.

Po endosimbiotičkoj teoriji (teorija spajanja više organizama u jedan)  smatra se da su se upravo te fotosintetičke bakterije - medju kojima su i čuvene cijanobakterije - spojile sa ranim eukariotskim ćelijama putem endocitoze, čime su se formirale prve biljne ćelije. Po istoj teoriji, hloroplasti bi mogli biti te iste fotosintetičke bakterije koje su evoluirale i prilagodile se životu unutar biljne ćelije. Kao i mitohondrije, hloroplasti i danas imaju svoju sopstvenu DNK, koja je odvojena od DNK ćelijskog jezgra biljke domaćina. Ono što dodatno potkrepljuje teoriju o endosimbiozi je da su geni unutar DNK hloroplasta veoma slični onima u cijanobakterijama.

Ono što se još zna jeste da je prvo lišće nastalo pre oko 360 miliona godina i da se fotosinteza u početku odvijala samo na vrhovima grana. U stvari, ona i nije bila moguća u ovolikoj količini kao danas, jer je u zraku bilo znatno manje ugljen dioksida nego danas i tek povećanjem njegove koncentracije su se povećali i listovi.

Zašto je hlorofil u lišću baš zelene boje, zašto nije recimo plav?

Razlog je taj što molekuli hlorofila, dok apsorbuju svetlost, koriste onu svetlost koja je u plavom (430-490 nm) i crvenom (630-760 nm) delu spektra, a zelenu svetlost najmanje koriste, što omogućava toj svetlosti da se probije i reflektuje do naših očiju. Kao posledicu toga mi vidimo lišće kao zeleno. Hlorofil ima i sposobnost fluorescencije, što znači da svetlost koju apsorbuje može ponovo da otpusti, ali samo kao svetlost veće talasne dužine, tamnocrvene. Zbog toga je rastvor hlorofila, posmatran u epruveti u odbijenoj svetlosti, tamnocrvene boje.

Hlorofil najmanje apsorbuje zelenu svetlost što omogućava
istoj da se jedina probije i dalje reflektuje do naših očiju

Osim hlorofila, u listovima su zastupljeni i crveni, narandžasti i žuti karotin ali ga zeleni pigment prekriva. Tokom razgradnje hlorofila u jesen, kada je sunčeve svetlosti sve manje, karotin dolazi do izražaja i listovi postaju crveno-žuti.

Gašenje lista je proces eliminacije potrošača resursa ?

Pored šećera za kojeg znamo da ga biljka dobija fotosintezom, drveću za preživljavanje treba svakako i voda. Medjutim, zimi vlada oskudica zbog zamrzavanja tla i vode. Da ne bi presušilo u to vreme, drvo odbacuje lišće preko kojeg se u običnom sunčanom danu isporučuje i do 70 litara vode, a u ekstremno vrućem danu i do 400 litara, zasivno od veličine i vrste drveta. Budući da drvo zimi može koristiti samo najmanje količine vode, ono odbacuje one delove tela preko kojih najviše vode gubi. A to su listovi.

Sada se samo još postavlja pitanje: kako drvo "zna" gde i kako da otkači list ?  Tim naučnika oko Johna C. Walkera na biološkom institutu u Misuriju pokušao je da odgovori na to pitanje. Iz istraživanja su zaključili da na mestu koje spaja list sa drvetom postoje odredjene ćelije koje u trenutku razgradnje hlorofila podstiču proizvodnju jedne vrste specifičnog proteina. Ovaj protein izaziva lančanu reakciju čiji je rezultat bukvalno "takmičenje" medju ćelijama, a što za posledicu ima blokiranje transporta hranjivih materija izmedju drveta i lista. Na ovaj način na prelazu izmedju lista i drveta nastaje fino napuknuće zbog kojeg vetar može lagano da ga otkine.

Teorija otpadnog mehanizma (excretion mechanism theory)

Pored teorija da lišće opada zbog eliminisanja nepotrebne potrošnje vode, pada temperature vazduha i navodnog ulaska biljke u fazu mirovanja i čuvanja energije za zimu, postoji i još jedna veoma zanimljiva teorija, koju je dao naučnik Brian Ford. On smatra da se na taj način biljke rešavaju svojih otpadaka. Brajan je otkrio da lišće ne otpada zbog pada temperature vazduha i nedostatka vode, već da bi se biljka rešila pre svega otpadnih materija.

Dugo vremena na list se gledalo kao na organ koji fotosintezom zadržava energiju. Ali list je i skup ćelija u kojima biljka taloži svoje otpadne materije tokom godine i kojih se rešava u trenutku kada list otpadne. Pri kraju životnog veka jednog lista u njemu se zapravo poveća količina štetnih materija kao što su tanini i teški metali.

U svakom slučaju, jesenja promena boje lišća i njegovo opadanje i dalje će inspirisati pesnike, nostalgičare i ostale zaljubljenike. Ako ste jedan od njih, predlažemo da isprobate posmatranje lišća tokom različitih delova dana (ujutru, u podne i u sumrak) i zapazite razliku u njegovoj boji. Takodje, na zaboravite da uključite svih pet čula kako bi efekat posmatranja bio što bolji.

Reference

• BJF, 1986, [preprint lecture summary] Excretion in Higher Plants, A Physiological Purpose For Abscission , Inter Micro 86, McCormick Center, Chicago, Illinois, July.
• Regulation of floral organ abscission in Arabidopsis thaliana, (2008) Sung Ki Cho, Clayton T. Larue, David Chevalier, Huachun Wang, Tsung-Luo Jinn, Shuqun Zhang, and John C. Walker. PNAS USA 105: 15629-15634 http://ipg.missouri.edu/faculty/walker.cfm
• BJF, 1986, Even Plants Excrete, Nature, 323: 763, 30 October - 5 November.
• [Technology Correspondent, 1986, (telephoned interview) re Plant Excretion theory, Daily Telegraph, 1 November].
• Stevenson, Nigel, 1986, Welsh Boffin’s Theory could rewrite Biology, Western Mail: 2, 1 November.
• BJF, 1986, How Plants Excrete [abstract], The Microscope, 34 (3): 261.
• BJF, 1986, A Physiological Purpose for Abscission, The Microscope, 34 (4): 329-330.
• BJF, 1986, A General Theory of Plant Excretion, Journal of Biological Education, 20 (4): 251-254, [published March 1987]. [Text only version].
• Simons, Paul, 1987, A Message in the Yellowing Leaves, Futures Column, The Guardian, 9 October.
• Hart, Vanessa, 1998, My story [of the theory], Peterborough Evening Telegraph: 4, 28 November.
• Report, 2006, Brian J Ford and asbscission on the curezone.com website, 11 July.
• BJF, 2006, The Autumn Revolution, Biologist 53 (6): 300-304