O fotosyntezie będziemy opowiadać już w siedzibie Cogiteonu.
W tym celu budujemy specjalny eksponat, który pozwoli prześledzić drogę prowadzącą do wytworzenia glukozy w roślinie.

Rośliny produkują więc cukier i choć nazwanie ich cukrowniami lub fabrykami to lekka przesada, o tyle niektóre prawa rynku faktycznie stosują się tak do fotosyntezy, jak i przemysłu. Na przykład braki w dostawach energii wpływają na produkcję.

Jesienią energii słonecznej mamy coraz mniej, dzień staje się coraz krótszy, dla roślin to jeden z sygnałów by „zastanowić się” nad sensem ciągłej produkcji cukru. Czy warto inwestować w utrzymanie zielonych liści, jeśli ograniczono dostawy energii? Co będzie bardziej opłacalne – pozbycie się szeleszczącego balastu, który przecież też trzeba utrzymywać, pielęgnować, konserwować czy przetrzymanie go do przyszłego roku? Odpowiedzi na te pytania wcale nie są oczywiste!

Oszczędność i spryt zimozielonych

Weźmy na przykład takie rośliny zimozielone – zamiast zmieniać co roku liściastą kreację, przetrzymują liście (tak, igły to również liście), by powtórnie wykorzystać je w kolejnych latach. Jak pięknie ich strategia wpisuje się we współczesny ekologiczny (i ekonomiczny) trend „nie wyrzucaj”! Oczywiście ich liście w końcu są wymieniane, jednak zanim tak się stanie służą przez kilka sezonów. W przypadku drzew iglastych, które w polskich warunkach zwykle kojarzymy jako rośliny zimozielone, pozostawienie igieł związane jest z ograniczaniem procesu fotosyntezy i oszczędzaniem wody. Ta iglasta racjonalność polega na tym, że rośliny te nie muszą co roku inwestować w produkcję nowych liści.

W polskiej florze funkcjonują też rośliny, dla których najważniejszym zasobem jest… czas. Żyją one w wyjątkowo trudnych, górskich warunkach – ich liście są sztywne, czasem skórzaste, dość grube lub owłosione. Do takich roślin należą np. rozchodniki, skalnice, rogownice albo kuklik górski. Zwykle w zimowych miesiącach, ukryte pod warstwą śniegu nie są w stanie przeprowadzać fotosyntezy. Za to, gdy tylko śnieg stopnieje, są już przygotowane do łapania pierwszych promieni wiosennego słońca. Roślina nie musi czekać na rozwój nowych liści, od razu jest w stanie wytwarzać pokarm. To ważne, w końcu w górach śnieg może leżeć jeszcze w lipcu, a zima może zaczynać się bardzo wcześnie. Czasem więc roślina ma nie więcej niż dwa miesiące na wydanie kwiatów, owoców i nasion.

Lekkomyślna rozrzutność?

Pozostałe rośliny obrały inną drogę.  Wydawać by się mogło, że to strategia lekkomyślnej rozrzutności. Tymczasem to chłodne ewolucyjne kalkulacje spowodowały, że korzystniejsze w ich przypadku jest pozbycie się liści, gdy te przestają być potrzebne.

Nieprzystosowane do oszczędzania liście to wielka powierzchnia parowania wody. W trakcie zimy ten proces mógłby roślinę osłabić. Z zamarzniętej ziemi trudno pobierać wystarczająco wydajnie wodę i potrzebne substancje. Podobnie też leniwa, zimowa fotosynteza nie zapewni dostatecznych zasobów cukru.

Może lepiej przeczekać ten niesprzyjający okres? Wartościowe substancje odżywcze zgromadzone w tkankach pozwolą na wiosenny rozruch, najcenniejsze składniki liści, np. magnez można przed zimą wycofać z liści i zmagazynować w innych częściach rośliny. Każda cząsteczka chlorofilu zawiera jeden atom tego pierwiastka.

Nieprzydatny więc w zimie chlorofil jest rozkładany, zieleń znika, ustępując miejsca pozostałym barwnikom. Te barwniki, na przykład karotenoidy, obecne są w teatrze liści cały czas, jednak zwykle skrywają się za chlorofilową kurtyną.

Jesienią, gdy chlorofil zanika, maja wreszcie szanse zaprezentować się publiczności. To one odpowiadają za kolorystyczne kreacje liści w palecie od żółci i czerwieni aż do brązów (karotenoidy również nadają kolor np. marchewce). Są substancjami pomagającymi w procesie fotosyntezy (potrafią działać podobnie do chlorofilu, przejmując energię słonecznych fotonów). Drugim, równie ważnym zadaniem karotenoidów jest ochrona rośliny przed zniszczeniami jakie może powodować nadmierne promieniowanie słoneczne. Karotenoidy pochłaniają niebieskie i fioletowe promieniowanie światła widzialnego, które może doprowadzać do fotooksydacji, czyli chemicznej reakcji utleniania spowodowanej przez światło. W ten sposób w roślinie powstają formy tlenu, które mogą uszkadzać związki chemiczne obecne w komórkach. To również one są odpowiedzialne za to, że w przypadku niektórych gatunków młode, najwrażliwsze liście mają kolor czerwono-pomarańczowy.

Innymi barwnikami odpowiadającymi za czerwone jesienne barwy są antocyjany. One faktycznie pojawiają się dopiero po rozkładzie chlorofilu, w przeciwieństwie do karotenoidów ich produkcja rozpoczyna się jesienią. To interesujące związki chemiczne, które sygnalizują zwierzętom drogę do pyłku w kwiatach lub dojrzałość owoców. Jak to możliwe?

Być może obserwowaliście kiedyś dojrzewanie jeżyn: najpierw są zielone – owoc dojrzewa, rośnie, podobnie jak nasiona w nim zamknięte. Jeszcze nie jest gotowy do zjedzenia oraz wędrówki przez przewód pokarmowy zwierzęcia i wreszcie – rozsiania nasion. Potem jest czerwonawy – już prawie, prawie, ale potrzeba jeszcze trochę czasu. Aż w końcu dorodny owoc stroi się w fiolet! Gotowe – można jeść! Tak właśnie działają antocyjany – ich kolor potrafi się zmieniać w zależności od odczynu (pH) środowiska: w kwaśnym są czerwone, w zasadowym – niebieskie lub fioletowe. Za czerwony kolor jesiennych liści często odpowiadają właśnie antocyjany rozpuszczone w soku komórkowym. Niektóre badania sugerują, że ten jesienny czerwony kolor ma odstraszać owady – szkodniki drzew, które w tym czasie szukają miejsca na złożenie jaj.

  * * *

Wygląda więc na to, że jesienny spektakl to przede wszystkim efekt uboczny skrupulatnych kalkulacji roślinnych fabryk. Przesuwają one, cenne zasoby tam, gdzie wciąż mogą być wykorzystane i pozbywają się tanich, zużywalnych liści dla ochrony cenniejszych organów zapewniających długowieczność. Istnieją hipotezy, które jesienne kolory liści wiążą z konkretniejszymi funkcjonalnościami. Być może rośliny sygnalizują wtedy jaskrawym kolorem, że na nich lub pod nimi znaleźć można pożywne (i zaopatrzone w nasiona) owoce? A może zwyczajnie ostrzegają, sygnalizując potencjalnym roślinożercom obecność chemicznej ochrony w najbardziej newralgicznym okresie roślinnego sezonu wegetacyjnego?

A może zapomnieć na moment o kompromisach, hipotezach i przypuszczeniach – zwyczajnie rzucić się w sterty złotych liści. W końcu pozostaną pięknie niezależnie od tego, który scenariusz ich złocistej jaskrawości potwierdzi nauka.