Podzimní barvy listí: Proč nás o něj klimatické změny připraví

Ačkoliv je chemie podzimních barev dobře prozkoumána, otázka, proč stromy vůbec vyvinuly své zářivé podzimní odstíny, zůstává předmětem živé a stále otevřené vědecké diskuse. Má v tom prsty i oteplování a znečištění planety?

S podzimem každoročně nahrazují barevnost jarních a letních květin listnaté stromy, které na svých listech vystřídají celou paletu podzimních barev – od zlatavě žluté přes oranžovou, sytě červenou až po tlumenější zemité odstíny. Tyto změny nejsou samozřejmě jen lokálním fenoménem, listy mění barvu po celém světě – v Americe převládají žlutavé odstíny, což přímo souvisí s vysazovanými druhy stromů (dub, buk, javor…), v Asii pak nejsou výjimkou sytě červené, ale i fialové listy, které mění krajinu k nepoznání a lákají další a další turisty.

V mnoha částech světa se „leaf peeping“, tedy sledování podzimních listů, stalo populární turistickou atrakcí, kdy miliony lidí cestují přes půl světa, aby tyto dechberoucí proměny zachytily a fotografovaly. Přestože však podzimní barevné proměny listů přitahují tolik pozornosti, stále vlastně nevíme, proč stromy tuto transformaci vůbec podstupují.

Zelená barva? Malá letní lež!

Biologové sice mají jasné znalosti o biochemii, která způsobuje, že se ze listů s příchodem chladnějších měsíců vytrácí zelený chlorofyl a odhalují se tak živé odstíny žluté, oranžové a červené, avšak evoluční důvod, proč listnaté stromy vyvinuly právě tyto barvy, zůstává stále záhadou.

Ve skutečnosti se o původu podzimních barev listů vede živá akademická debata už desítky let. Níže představíme některé z hlavních teorií, ale nejprve je třeba pochopit, co se v listech během této proměny vlastně děje. Listy, které se barví do žluta, byly ve skutečnosti žluté už od počátku – jejich barvu tvoří soubor biochemických pigmentů zvaných karotenoidy.

Ty se „odhalí“ teprve tehdy, když se v listech rozpadá zelený chlorofyl a rostlina si zpětně vstřebává živiny, aby se připravila na přečkání náročného zimního období. Listy, které získávají červenou nebo fialovou barvu, procházejí poněkud odlišným procesem: jejich odstín vzniká kombinací úbytku chlorofylu a produkce anthokyaninů, pigmentů běžně přítomných i v mnoha druzích ovoce a zeleniny.

Z pohledu evoluční biologie je ovšem fascinující, že tyto každoroční změny přetrvaly u stromů po celém světě i přes působení přírodního výběru. To naznačuje, že by mohly stromům přinášet nějaký prospěch. Genetické studie dokonce ukazují, že stromy začaly produkovat pigmenty zodpovědné za podzimní barvy relativně pozdě – dlouho po tom, co se naučily zpětně vstřebávat chlorofyl. Situaci dále komplikuje fakt, že některé druhy stromů mohou v jednom období vytvářet více různých odstínů a někdy se na jediném stromě objeví hned několik barev současně. Jedno je však jisté: jakmile listy změní barvu, spadnou z větví během několika dnů či týdnů.

Hlavní teorie vysvětlující podzimní barvy

Obranná signalizace vůči škůdcům
Jedna z předních teorií navrhuje, že červená barva listů mohla evolučně vzniknout jako signál, který odrazuje hmyzí škůdce. Červené listy by tak mohly varovat hmyz, že strom je zdravý a odolný, čímž snižují pravděpodobnost napadení.

Fotoprotekce
Další hlavní hypotézou je teorie fotoprotekce. Podle ní pigmenty fungují jako přírodní „opalovací krém“ pro listy v citlivé fázi senescence, tedy stárnutí. Anthokyaniny jsou silnými antioxidanty, které chrání listy před poškozením slunečním zářením, když listy stárnou a rozpadá se jejich chlorofyl. Tento mechanismus se zdá logický u několika rostlinných druhů, například u červeného vrby (red osier dogwood).

Barva jako opalovací krém
Podporu této teorie přinesly studie, jež ukázaly, že sluneční záření může být na podzim na severní polokouli pro listy zvláště škodlivé – a změna barev je opravdu fenoménem zejména severní polokoule. Analýza 2 368 druhů listnatých stromů v mírných oblastech světa ukázala, že 290 druhů zbarvuje listy do červena a 378 do žluta. Studie rovněž zjistila, že červená barva se vyvinula nezávisle alespoň 25krát, zatímco žlutá 28krát, což podporuje předpoklad, že podzimní barvy plní pro stromy významnou funkci.

Nejvíce stromů s červenými listy se nachází ve východní Severní Americe a východní Asii – podle odhadů zbarvuje listy do červena nejméně 89 druhů v Severní Americe a 152 druhů ve východní Asii. Severní Evropa má ve srovnání s tím pouze 24 druhů, které produkují červené odstíny.

Bylo by snadné předpokládat, že rozšíření červených listů souvisí jen s rozdíly teplot. Některé studie však naznačují, že v Severní Americe a východní Asii je intenzita slunečního záření vyšší než v Evropě. Kombinace vyšší radiace, náhlých výkyvů teplot a kratší vegetační sezóny tak může vysvětlit, proč jsou podzimní barvy ve východní Severní Americe obzvlášť výrazné – dávají stromům více času vstřebat živiny z listů, než opadnou. Bez chlorofylu totiž světlo může spustit oxidační stres, který vede k odumírání buněk listů. Jde o tzv. poškození reaktivními kyslíkovými radikály – ve východní Severní Americe v září a říjnu dopadá na listy hodně světla, což zvyšuje selekční tlak na vytvoření ochrany, něco jako přírodní opalovací krém. Anthokyaniny pomáhají tento škodlivý účinek světla blokovat a rozptylovat, čímž poskytují stromům životně důležitou ochranu v posledních měsících před zimou. Karotenoidy v žlutých listech tento účinek také poskytují, ale výrazně slabší než červené pigmenty. Tato teorie však zůstává předmětem diskuse.

Studie z roku 2004 navíc ukazuje, že stromy mohou produkovat více anthokyaninů při nižších teplotách nebo během častějších mrazivých epizod na podzim. To naznačuje, že anthokyaniny mohou také chránit listy před chladem a mrazem.

Teorie ko-evoluce s hmyzem

Druhá významná teorie navrhuje, že stromy vyvinuly změnu barvy listů jako varování pro hmyzí škůdce, například mšice, které se živí listy. Mšice jsou ničiví tvorové a jejich napadení může stromu způsobit značnou újmu, takže myšlenka, že stromy používají barvu k jejich odrazení, se zdá logická.

Tento předpoklad však dlouhodobě naráží na problém vnímání hmyzu. Mšice a další býložraví hmyzi, například kobylky nebo housenky, nemají ve svých očích receptory, které by jim umožnily vnímat červenou barvu tak, jak ji vidíme my. Pro ně barva vypadá spíše nevýrazně – šedě či dokonce černě.

Někteří vědci navrhli, že mšice se červeným listům možná vyhýbají jednoduše proto, že působí jako mrtvé nebo odumírající, a tedy představují špatný zdroj potravy nebo nevhodné místo pro kladení vajíček. Tento koncept odborníci nazývají teorií maskování. Jedná se údajně o signál, jehož produkce je však pro strom energeticky náročná.

Naopak žlutá barva se ukázala být dokonce velmi silným lákadlem pro hmyz, včetně mšic – aktivuje totiž stejné receptory v jejich očích, které reagují na zelenou. Zajímavé je, že W. D. Hamilton, vědec, který posmrtně publikoval původní práci o teorii ko-evoluce, zjistil, že vyšší podíl žlutých listů koreloval s intenzivnějším osidlováním stromů mšicemi.

S ohledem na tyto poznatky je jasné, že teorie ko-evoluce zřejmě neobstojí, zanechává však výzkumy, jejichž výstupem jsou poměrně důležité poznatky ko-evoluce a koexistence stromů a hmyzu, na kterých lze dále pracovat, možná i hledat souvislosti či uplatnění obou teorií zároveň.

Má v tom prsty člověk?

Existují i další teorie. Někteří výzkumníci například navrhují, že červené anthokyaniny se ve skutečnosti produkují spíše k rozkladu sacharidů v listech než k ochraně před nadměrným světlem.

Dalším faktorem je člověk. Po tisíciletí jsme svým působením měnili stromovou vegetaci kolem nás. Volbou kácet stromy s méně výraznými barvami nebo naopak selektivním sázením semen stromů s intenzivnějšími podzimními odstíny jsme pravděpodobně vyvíjeli vlastní selekční tlak na pigmentaci listů. Ačkoli jde o relativně nedávný jev v evoluci stromů, existují náznaky, že i jiné rostliny se adaptují na lidské prostředí – například teplejší podmínky ve městech způsobují, že jejich listy červenají více. Mohlo by se totéž dít u stromů?

Na tuto otázku věda zatím nedokáže jednoznačně odpovědět. Jedno je však jisté: změna klimatu ovlivňuje načasování i intenzitu podzimních barev. Teplejší podzim a suché období – obojí související s klimatickou změnou – vedou k mdlým a nesouvislým změnám barev listů. Rostliny s mělce uloženými kořeny jsou více náchylné k dopadům sucha, a bohužel právě tyto rostliny produkují některé z nejintenzivnějších podzimních barev. A těch se samozřejmě na oschlém stromě či keři nedočkáme…

Zdroje: BBC, Journal of Evolutionary Biology, AppState, Plant Science