Sonbahar yaprakları neden kızarır?

Kısa cevap

Sonbaharın sarısı yeni değildir: karotenoidler bütün yaz yaprakta durur ve klorofil yıkılıp çekildiğinde ortaya çıkar. Kırmızı ise çoğu ağaçta sonbaharda yeni üretilen antosiyaninlerden gelir. Bu kırmızının neden üretildiği hâlâ tartışılır; iki güçlü açıklama, antosiyaninlerin besinleri geri toplayan yaprağı fazla ışıktan koruduğu ve parlak rengin zararlı böceklere bir işaret olduğudur.

Sarı: hep oradaydı

DT-09, sonbahar paletini üç pigment grubuyla anlatmıştı: klorofil, karotenoidler ve antosiyaninler. MA-01 de karotenoidlerin uzun çift bağ zincirleriyle neden sarı ve turuncu olduğunu açıklamıştı. Bu ders pigmentlerin sırasına ve nedenine bakıyor.

Yaz boyunca yaprak hem klorofil hem karotenoid taşır. DO-04'te gördüğümüz gibi klorofil maviyi ve kırmızıyı güçlü soğurur; karotenoidler ise yalnız maviyi. Klorofil çok olduğu sürece yaprağın rengini o belirler ve karotenoidlerin sarısı görünmez.

Günler kısalınca ağaç yaprağı dökmeye hazırlanır. Klorofil yıkılır ve içindeki besinler gövdeye geri çekilir.

Kartın sorusunun cevabı buradadır: sarı renk sonbaharda yaprakta yeni oluşmaz. Karotenoidler zaten oradadır; üstlerindeki örtü kalktığı için görünür olurlar.

Kırmızı: sonradan gelen

Kırmızı başka bir hikâyedir. Birçok ağaçta sonbaharda yaprakta yeni bir pigment üretilir.

Bir yaprak yaşlanırken ve zaten dökülecekken neden enerji harcayıp yeni bir pigment üretir? Archetti ve arkadaşlarının 2009'daki disiplinlerarası derlemesine göre renk değişimi yaprak yaşlanmasının basit bir yan ürünü değildir; ama bu değişimin uyum değeri hâlâ bir bilmecedir.

Birinci açıklama korumadır. Yaşlanan yapraktaki fotosentez düzeni kırılgandır; özellikle soğuk ve parlak günlerde fazla ışık onu bozabilir. Hoch, Zeldin ve McCown'a göre antosiyaninler bu dönemde bir ışık kalkanı gibi çalışarak yaprağın besinleri geri toplamasını korur.

İkinci açıklama işarettir. Hamilton ve Brown'a göre parlak sonbahar rengi, ağacın sonbaharda yerleşen zararlı böceklere karşı savunmaya ne kadar yatırım yaptığını dürüstçe gösteren bir işarettir. Böcekler en parlak ağaçlardan kaçınır ve en az savunmalı olanlara yerleşir. Yazarlar, zarar veren uzmanlaşmış yaprak biti çeşitliliği yüksek türlerde sonbahar renginin daha güçlü olduğunu buldular. DO-03'te gördüğümüz uyarı renklerine benzer bir mantıktır, ama bu kez bir bitki konuşur.

İklim de rengi etkiler. Hoch ve arkadaşlarına göre soğuk sonbaharların sık olduğu ortamlar antosiyanin üretimini seçer; DT-09'un aktardığı gibi parlak güneş ve yaprakta biriken şeker de üretimi artırır. Bu yüzden aynı ağaç türü bir yıl parlak kırmızı, başka bir yıl daha soluk dönebilir.

Örnek — örtü kalkınca

Sarının yeni oluşmadığını bir modelle görelim. Klorofil a, klorofil b ve β-karoten tayflarını PhotochemCAD veri tabanından aldık ve bir yaprağın yansımasını, karotenoid miktarını hiç değiştirmeden yalnız klorofili azaltarak hesapladık.

Karotenoid sabit kaldığı hâlde yaprak yeşilden sarıya döner: ton açısı 114 dereceden 98 dereceye iner, yaprak açılır. Modelde yeni bir sarı pigment eklenmedi; yalnız klorofilin örtüsü kaldırıldı. Hesap çözelti tayflarına dayanan kurgusal bir modeldir; gerçek bir yaprakta saçılma, lutein gibi başka karotenoidler ve antosiyaninler de vardır.

Aynı pigment ailesi insan teninde de iz bırakır. Whitehead ve arkadaşları altı hafta boyunca 35 kişiyi izledi ve meyve ve sebze tüketimindeki değişimin tenin kırmızılığı ve sarılığındaki değişimle ilişkili olduğunu, bu yansıma değişiminin melaninin değil karotenoidlerin soğurma tayfıyla örtüştüğünü buldu. Bu ders beslenme önerisi vermez; burada önemli olan, yaprağın sarısını veren pigment ailesinin tenin rengine de karıştığıdır. Çalışmanın sonucu kendi özetinde açık tenli katılımcılarla sınırlandırılmıştır; farklı tenlerde aynı etkinin büyüklüğü bu çalışmadan okunamaz.

Sık yapılan yanlış

Özet

1. Sarı sonbaharda yeni oluşmaz: karotenoidler yaz boyunca yaprakta durur, klorofil yıkılıp örtüsü kalkınca görünür olur.
2. Kırmızı çoğu ağaçta sonbaharda yeni üretilen antosiyaninlerden gelir; ışık kalkanı ve böceklere işaret hipotezleri bu üretimi açıklamaya çalışır, iklim ve parlak güneş rengin gücünü etkiler.
3. Modelde karotenoid sabitken klorofilin azalması yaprağı 114 dereceden 98 derecelik bir sarıya taşır. Karotenoidler insan teninin sarılığına da karışır; bu bulgu açık tenli katılımcılarla sınırlıdır.

Kendini sına

1. (Kolay) Sonbaharda yaprağın sarısını hangi pigmentler verir?
2. (Kolay) Yaprak yaşlanması sırasında klorofile ne olur?
3. (Orta) Sarı renk sonbaharda yaprakta yeni mi oluşur?
4. (Orta) Işık kalkanı hipotezi antosiyanin üretimini nasıl açıklar?
5. (Zor) Hamilton ve Brown'un işaret hipotezi ile DO-03'teki uyarı renkleri arasında nasıl bir benzerlik vardır?
6. (Zor) Whitehead ve arkadaşlarının bulgusu farklı ten tonları için neden doğrudan genellenemez?

Cevaplar

1. Karotenoidler; yaz boyunca yaprakta bulunurlar ve klorofil yıkılınca görünür olurlar. Bkz. "Sarı: hep oradaydı".
2. Yıkılır ve içindeki besinler gövdeye geri çekilir; yaprağın rengini belirleyen örtü kalkar. Bkz. "Sarı: hep oradaydı".
3. Hayır; karotenoidler bütün yaz yaprakta durur ve klorofil onları maskeler. Sonbaharda klorofil yıkılınca sarı görünür hâle gelir; modelde karotenoid miktarı hiç değişmeden yaprak sarıya döner. Bkz. "Sarı: hep oradaydı" ve "Örnek".
4. Yaşlanan yaprağın fotosentez düzeni kırılgandır ve fazla ışıkta, özellikle soğukta, hasar görebilir; antosiyaninler onu gölgeleyerek besinlerin gövdeye geri toplanmasını korur. Bkz. "Kırmızı: sonradan gelen".
5. İkisinde de parlak renk bir işarettir: uyarı rengi avcıya zehri, parlak sonbahar yaprağı ise böceklere ağacın savunma kararlılığını duyurur; alıcı iki durumda da parlak olandan kaçınır. Bkz. "Kırmızı: sonradan gelen".
6. Çünkü çalışma sonucunu kendi özetinde açık tenli katılımcılarla sınırlı olarak bildirir; melanin miktarı farklı tenlerde karotenoidin görünür etkisinin büyüklüğü bu çalışmadan okunamaz. Bkz. "Örnek".

Kaynaklar

• Archetti, M. ve arkadaşları, «Unravelling the evolution of autumn colours: an interdisciplinary approach», Trends in Ecology and Evolution 24(3): 166–173, 2009.
• Hoch, W. A., Zeldin, E. L. ve McCown, B. H., «Physiological significance of anthocyanins during autumnal leaf senescence», Tree Physiology 21(1): 1–8, 2001.
• Hamilton, W. D. ve Brown, S. P., «Autumn tree colours as a handicap signal», Proceedings of the Royal Society B 268(1475): 1489–1493, 2001.
• Whitehead, R. D., Re, D., Xiao, D., Ozakinci, G. ve Perrett, D. I., «You are what you eat: within-subject increases in fruit and vegetable consumption confer beneficial skin-color changes», PLoS ONE 7(3): e32988, 2012.
• Scott Prahl, «Beta-carotene in hexane», Oregon Medical Laser Center, omlc.org, PhotochemCAD 2.1a verileri.

Sonraki adım

DO-06 renkten insana dönüyor: melanin türlerini, güneşin morötesi ışığını, folat ile D vitamini arasındaki dengeyi ve ten renginin coğrafi dağılımını anlatıyor ve ten rengi çeşitliliğinin hangi iki ihtiyacın dengesiyle açıklandığını soruyor. Klorofilin rengini DO-04, karotenoidlerin kimyasını MA-01 anlatmıştı.