葉が数秒で色が変わるのを見る

毎年秋、落葉樹の葉は劇的な色の変化を経て、新たな色合いを失い、茶色に退色して死にます。 このプロセスには数週間かかる場合がありますが、南イリノイ大学エドワーズビルの数学および生物学の学生であるオーウェンレイザーは、葉が数秒で変化するのを見たいと考えていました。 「私はフィールド生物学の授業を受けていましたが、落葉樹について学びました」と彼は言います。 「私はしばらくの間、野生動物の写真とタイムラプスに取り組んできましたが、色が変化する葉のタイムラプスを見つけることができなかったので、私はそれだけに行きました。」

6週間の間に、Reiserは、マクロレンズとeBayで購入したカメラ、10ドルのLEDライト、カメラを使用できるバッテリーなど、手作りのタイムラプススタジオで6, 000枚以上のクローズアップ写真を撮りました。継続的に実行します。 「（基本的に）段ボール箱とダクトテープの束ですが、仕事は完了します」と彼は言います。

ライザーは、毎年葉を落とすサッサフラスやサトウカエデなどの8種類の落葉樹から葉を集め、30から60秒ごとに最大3日間それぞれの写真を撮りました。 何千もの画像を1つのビデオにつなぎ合わせることで、彼は典型的な秋のスナップショットよりもはるかに生きている葉を変えるシーンを明らかにしました。 タイムラプスビデオでは、色が生地を染み渡るように葉ごとに染み出し、植物が変化する際の動的な内部の仕組みを明らかにします。

フロリダ国際大学の生物科学の名誉教授であり、 Nature's Palette：The Science of Plant Colorの著者であるDavid Leeは、以前Reiserのようなビデオを見たことがないという。 「個々の葉の上でも色は劇的に変化し、これは時間の経過とともにその変化を示します。」

紅葉の人気にもかかわらず、変化する葉の背後にある科学は広く知られていません。 「秋になるたびに、人々は色の変化について書きます。通常、記事はあらゆる種類の間違いでいっぱいです」とリーは言います。 最大の誤解の1つは、赤と黄色の葉が実際に完全に異なるプロセスを経たときに、同じように変化するということです。

ウィッチヘーゼルのような植物の黄色の葉は、色の変化についての伝統的な教科書の説明に従います。クロロフィルと呼ばれる緑色の光合成色素の分解により、黄色の色素、またはカロテノイドが露出します。 （カロテノイドは、カボチャとニンジンに独特の色合いを与える同じ種類の色素です。）葉が無駄になり続けると、タンニンが生成され、茶色に変わります。

一方、赤いカシのようなほとんどの赤の色調は、葉が枯れるにつれて生成されるアントシアニンと呼ばれる色素に由来します。 「人々は、赤い色はクロロフィルの分解からの覆い隠しであると主張しているが、それは単に間違っている」とリーは言う。 「実際には、クロロフィルが分解し始めたときに赤色が生成されます。これらの色素の合成があるため、まったく異なるものです。」

科学者は赤い色素がどのように生成されるかを知っていますが、彼らはまだ理由がわかりません。 リーによると、2つの支配的な仮説があります。 進化生物学者のウィリアム・ハミルトンは、赤い色が昆虫をだまして葉が有毒または不健康であると考えさせ、虫がそれを食べたり産卵するのを阻止するため、色を使用して植物を草食から保護することを提案しました。

しかし、園芸家のビル・ホッホによって広まった主な信念は、植物が効率的に光合成しないとき、特に明るい光と低温で、葉が傷つきやすいとき、赤い色素が光保護を提供するということです。 アントシアニンは、可視スペクトルの緑の部分のように、光合成に使用されない波長の過剰な光を吸収することにより、葉を保護します。 また、酸化防止剤としても働き、葉が老化中にクロロフィルが分解する際に生じる有毒な副産物から保護します。

アントシアニンの合成は、Reiserのタイムラプスで急速に拡大する色のしみが均一ではない理由も説明します。これは、温度と光の露出が葉の表面で大幅に変化し、顔料の局所生産に影響を与える可能性があるためです。

しかし、なぜ植物は、死ぬ運命にある葉を保護するという進化の問題を経験するのでしょうか？ 「植物の利点は、壊れている葉が、壊れているタンパク質から窒素をより効率的に除去し、大きな手足または根系で窒素を植物に戻すことです」言う。 窒素は光合成と成長に不可欠な栄養素であるため、葉が落ちる前にできるだけ多くの木に戻すと、翌年のサイクルのために植物が十分に在庫されるようになります。

色の変化の科学はまだ謎に包まれていますが、リーは、これからの秋に研究者と好奇心の強い観察者の両方を魅了し続けると考えています。 「私たちのパンダのようなものです。 動物の世界と比較して、植物の世界に本当に多くの注目を集めているのです」と彼は言います。 「奇妙な色は誰もが気づくものです。」Reiserのビデオのような作品を使用して、変化する葉を新鮮な視点で調べ、新しい質問に焦点を当て、進化し続ける自然のパレットのパズルを拡大できます。