Lapu krāsu maiņa rudenī

Lapu krāsu maiņa parasti tiek novērota rudenī mērenās joslas lapu koku mežos. Ilgu laiku tika uzskatīts, ka lapu krāsas maiņa ir to novecošanas blakusefekts, bet ir radušās vairākas hipotēzes, kas varētu izskaidrot šo procesu. Tomēr lapu krāsu maiņa rudenī vēl nav pilnīgi izpētīts process.Archetti, Marco; Döring, Thomas F.;
Hagen, Snorre B.; Hughes, Nicole M.; Leather, Simon R.; Lee, David W.;
Lev-Yadun, Simcha; Manetas, Yiannis; Ougham, Helen J. (2011). "Unravelling
the evolution of autumn colours: an interdisciplinary approach". Trends
in Ecology & Evolution 24 (3): 166—73. doi:10.1016/j.tree.2008.10.006. .

 Lapu krāsa pavasarī un vasarā 
Zaļā krāsa parasti dominē lapās, kurās ir relatīvi augsta hlorofila koncentrācija, salīdzinot ar citiem pigmentiem. Tomēr dažiem augiem lapas var būt citās krāsās arī vasarā, piemēram, vēdekļveida kļava, lamberta lazda, purpura ābele, vairāku šķirņu bārbeles u. c.http://www.stadiblidene.lv/lv/piedavajums_cenas/lapu_koki_un_krumi.html

 Lapu krāsa rudenī 
Lapu krāsas maiņa rudenī galvenokārt ir saistīta ar hlorofila daudzuma samazināšanos un karotinoīdu (dzelteno, oranžo pigmentu) un antocianīnu (sarkano, purpura krāsas pigmentu) klātbūtni lapās. Citām sugām nenotiek lapu krāsošanās, jo tās nomet vēl zaļas lapas.

 Sarkanā krāsa 
Sarkanais un purpura krāsojums novecojošās lapās visbiežāk rodas no antocianīniem, kas pieder pie flavonoīdiem. Antocianīni tiek sintezēti rudenī, neilgi pirms lapu krišanas,Lee, D. W. (2002) Anthocyanins in autumn leaf senescence. Adv. Bot. Res. 37, 147—165.Sanger, J. (1971) Quantitative investigations of leaf pigments from their inception in buds through autumn coloration to decomposition in falling leaves. Ecology 52, 1075—1089.Lee, D. W. (2002) Anthocyanins in leaves: distribution, phylogeny and development. Adv. Bot. Res. 37, 37—53.Lee, D. W. and Gould, K. S. (2002) Anthocyanins in leaves and other vegetative organs: an introduction. Adv. Bot. Res. 37, 1—16. kad ir zaudēti 50% no hlorofila.Lee, D. W. et al. (2003) Pigment dynamics and autumn leaf senescence in a New England deciduous forest,
eastern USA. Ecol. Res. 18, 677—694. Lapu krāsojums ir saistīts ar dažādiem faktoriem, piemēram, hlorofila koncentrāciju (augstāka hlorofila koncentrācija lapām piešķir purpura vai brūnu nokrāsu), pH (bāziska vides reakcija vakuolās dod zilu krāsojumu, savukārt skāba vide rada sarkanu krāsojumu), dažādu pigmentu attiecību, glikozilāciju vai metāla jonu klātbūtni lapās. Dažos specifiskos gadījumos citi pigmenti var piedalīties sarkana krāsojuma veidošanā — betacianīni ir tikai neļķu rindas (Caryophyllales) augos un tiem piemīt līdzīgas īpašības kā antocianīniem. Vēl citi sarkanie pigmenti, kas ir atrasti lapās, ir 3-dezoksi-anticianidīns, rodoksantīns u. c.Tanaka, Y. et al.
(2008) Biosynthesis of plant pigments: anthocyanins, betalains and carotenoids. Plant J. 54, 733—749.

 Dzeltenā krāsa 
Karotinoīdi ir pigmenti, kas piešķir dzelteno un oranžo krāsu. Šie pigmenti lapās atrodas visu gadu. Tāpat kā hlorofils, tie ir ieslēgti plastīdās un atrodas vai nu fotosintezējošajā membrānā vai plastoglobulu hidrofobajā vidē. Karotionīdi lapas novecošanas laikā var subcellulāri pārvietoties un pārciest ķīmiskas pārvērtības, tomēr ir maz pierādījumu, ka tie rudenī tiek sintezēti no jauna.Ougham, H. J. et al. (2005) The colors of autumn leaves as symptoms of cellular recycling and defences against environmental stresses. Curr. Top. Dev. Biol. 66, 135—160.

 Brūnā krāsa 
Brūnēšana ir tipiska pazīme, kas norāda uz šūnu bojāeju un atspoguļo kvinonu polimerizāciju. Tanīni (fenilpropanoīdu klase, kas līdzīga antocianīniem) un karotionīdi arī piedalās lapu brūnēšanā novecošanas beigās, savukārt novecošanas sākumā brūnēšanu var izraisīt arī kombinēta antocianīnu un hlorofila klātbūtne.

 Lapu krāsas maiņas nozīme 
Tiek diskutēts par lapu krāsas maiņas nozīmi rudenī, jo ir zināms, ka tā nenotiek tikai hlorofila noārdīšanās dēļ. Kaut gan karotinoīdi atrodas lapās visu gadu, tie kļūst redzami tikai pēc hlorofila noārdīšanās. Savukārt antocianīni tiek ražoti tikai rudenī, kas prasa auga resursus. Tāpēc rodas jautājums par adaptīvo vērtību, ražojot šos pigmentus lapās, kas drīz vien nokritīs.

Pielāgotības izskaidrojumus var dalīt divās grupās: aizsardzība pret abiotiskajiem faktoriem un mijiedarbība starp augiem un dzīvniekiem. Iespējamās antocianīnu abiotiskās funkcijas ir fotoprotekcija, osmotiskā regulācija un aizsardzība pret aukstuma stresu.Archetti, M. (2009) Classification of hypotheses for the evolution of autumn colours. Oikos, DOI:10.1111/j.1600-0706.2008.17164. Daudzas iespējamās papildu funkcijas balstās uz augu un dzīvnieku mijiedarbību: koevolūciju, tiešu aizsardzību, maskēšanos, antimaskēšanos un mutuālismu.

No visām versijām ir izvirzīti divi galvenie evolucionārie izskaidrojumi lapu krāsas maiņai rudenī. Pirmais — lai pasargātu augus no fizikālā kaitējuma, ko izraisa intensīva gaisma zemā temperatūrā (fotoaizsardzības hipotēze). Otrais — lai izvairītos no parazītiem, signalizējot uz auga aizsardzību (koevolūcijas hipotēze).RAMI´REZ C. C., LAVANDERO B., ARCHETTI M. Coevolution and the adaptive value of autumn tree colours: colour preference and growth rates of a southern beech aphid doi:10.1111/j.1420-9101.2007.01469.x

 Fotoaizsardzība 
Ideja par fotoaizsardzību tika izvirzīta jau 19. gadsimta beigās, tomēr tā pilnīgu veidolu ieguva nesen.Hoch, W. A. et al. (2001) Physiological significance of anthocyanins during autumnal leaf senescence. Tree Physiol. 21, 1—8. Fotoaizsardzība tiek saukta arī par fizioloģisko hipotēzi.Ieviņš Ģ. Augu fizioloģija. Rīga : LU Akadēmiskais apgāds, 2016., 333.-334. lpp. ISBN 978-9934-18-091-0

Visticamāk, ka antocianīnu aizsardzības funkcija pret fizikāliem faktoriem ir aizsardzība pret fotoinhibīciju.Lee, D. W. 2002. Anthocyanins in autumn leaf senescence. Adv. Bot. Res. 37: 147—165.Lee, D. W. & Gould, K. S. 2002b. Why leaves turn red — pigments called anthocyanins probably protect leaves from light damage by direct shielding and by scavenging free radicals. Am. Sci. 90: 524—531. Aukstumā gaisma ir intensīva vai fosfora pieejamība ir ierobežota, fotosintēzes efektivitāte bieži samazinās, jo īpaši tiek bloķēta fotosistēma II, kas var bojāt hloroplastus un audus. Ir pierādīts, ka antocianīni uzlabo fotosintēzi intensīvā gaismā, it sevišķi zemās temperatūrās,Gould, K. S., Kuhn, D. N., Lee, D. W. & Oberbauer, S. F. 1995. Why leaves are sometimes red. Nature 378: 241—242.Hoch, W. A., Zeldin, E. L. & McCown, B. H. 2001. Physiological significance of anthocyanins during autumnal leaf senescence. Tree Physiol. 21: 1—8.Feild, T. S., Lee, D. W. & Holbrook, N. M. 2001. Why leaves turn red in autumn. The role of anthocyanins in senescing leaves of red-osier dogwood. Plant Physiol. 127: 566—574. tomēr tā vienmēr nenotiek.Burger, J. & Edwards, G. E. 1996. Photosynthetic efficiency, and photodamage by UV and visible radiation, in red versus green leaf coleus varieties. Plant Cell Physiol. 37: 395—399. Vēl viena antocianīnu funkcija ir aizsardzība pret oksidatīvajiem bojājumiem.Yamasaki, H. 1997. A function of colour. Trends Plant Sci. 2: 7—8.Neill, S. O., Gould, K. S., Kilmartin, P. A., Mitchell, K. A. & Markham, K. R. 2002. Antioxidant activities of red versus green leaves in Elatostema rugosum. Plant Cell Environ. 25: 539— 547. Kaut gan ražojot antocianīnus augs patērē vielmaiņas resursus, tomēr tas atmaksājas, ja rudenī fotosintēzes process notiek efektīvi, tas ļauj labāk atgūt uzturvielas no lapām, it īpaši slāpekli, kas galvenokārt atrodams lapās, tāpēc tas jāatgūst, pirms lapas nokrīt. Tāpēc rudens pigmentu aizsardzība nav domāta pašām lapām, bet gan visam kokam.

 Koevolūcija 
Koevolūcijas hipotēze tiek saukta par ekoloģisko hipotēzi. Tā apraksta starpsugu mijiedarbību starp kokiem ar krāsainām lapām un kukaiņiem, kas uz tiem dēj olas.Hamilton, W. D. & Brown, S. P. 2001. Autumn tree colours as a handicap signal. Proc. R. Soc. Lond. B Biol. Sci. 268: 1489—1493. Košā lapu krāsa ir brīdinošs signāls kukaiņiem nedēt tur olas, jo lapās esošās aizsargvielas samazinās augēdāju izdzīvošanu.  Koevulūcija skaidro, ka kukaiņi dod priekšroku kokiem, kam rudenī ir zaļas lapas.Archetti, M. & Leather, S. R. 2005. A test of the coevolution theory of autumn colours: colour preference of Rhopalosiphum padi on Prunus padus. Oikos 110: 339—343.Karageorgou, P. & Manetas, Y. 2006. The importance of being red when young: anthocyanins and the protection of young leaves of Quercus coccifera from insect herbivory and excess light. Tree Physiol. 26: 613—621. Ražojot pigmentus, it sevišķi sarkanos, koki pasargā sevi no kukaiņu izraisītiem bojājumiem, iespējams, signalizējot, ka koks nav piemērota mājvieta kukaiņiem, to augstās ķīmiskās aizsardzības, barības samazinātās kvalitātes vai nenovēršamās lapu nokrišanas dēļ.Archetti, M. (2000) The origin of autumn colours by coevolution. J. Theor. Biol. 205, 625—630.Archetti, M. and Brown, S. P. (2004) The coevolution theory of autumn colours. Proc. R. Soc. Lond. B Biol. Sci. 271, 1219—1223. Koki, novēršot kukaiņu populācijas pārziemošanu tajos, samazina ne tikai bojājumus nākamajā pavasarī, kad no olām izšķiļas kāpuri, bet arī bojājumus, ko izraisa kukaiņu pārnēsātie vīrusi, patogēnās sēnes un baktērijas. Ir novērota negatīva saistība starp purva bērza (Betula pubescens) dzeltenās lapu krāsas intensitāti un kukaiņu radītajiem bojājumiem nākamajā gadā. Tas pats sakāms par ievām un uz tām sastopamajām laputīm. Taču nav pierādīta hipotētisko aizsargsavienojumu vai rudenī sintezēto antociānu ietekme uz augēdāju barošanos.

Šī hipotēze arī paredz, ka kukaiņiem pavasarī palēninās augšanas ātrums, ja rudenī kokam ir bijušas sarkanas lapas, tomēr šis apgalvojums nav pierādīts.

 Klimata ietekme uz lapu krāsu maiņu rudenī 
Fenoloģiskie dati liecina, ka globālā sasilšana ir pagarinājusi veģetācijas periodu. Analizējot vairāk nekā 1700 sugas, ir novērotas būtiskas pārmaiņas augu fenoloģijā, tai skaitā garāks veģetācijas periods, kas tiek saistīts ar pieaugošo gaisa temperatūru. Vidēji pēdējo 35 gadu laikā, rudens lapu krāsu maiņa Eiropā ir aizkavēta par 1,3 dienām katrā desmitgadē. Kaut gan pastāv korelācija starp atmosfēras sasilšanu un agrāku pavasara iestāšanos, tomēr korelācija starp globālo sasilšanu un vēlāku rudens iestāšanos ir ļoti vāja.M. J. Tallis, Y. Lin, A. Rogers, J. Zhang, N. R. Street, F. Miglietta, D. F. Karnosky, P. De Angelis, C. Calfapietra, G. Taylor. The transcriptome of Populus in elevated CO2 reveals increased anthocyanin biosynthesis during delayed autumnal senescence. New Phytologist (2010) 186: 415—428.

Dabiskā rudens lapu krāsošanās tiek regulēta ar dienas garuma, temperatūras, gaismas, slāpekļa, ūdens piegādes, auga oglekļa-slāpekļa un uzņemšanas-patērēšanas līdzsvaru.

 Atsauces 

Kategorija:Augu fizioloģija