Почему осень в Северной Америке краснее, чем в Европе?
Каждой осенью листья почти половины видов деревьев и кустарников Северной Америки краснеют. Но почему завораживающая осенняя листва так распространена, например, в Новой Англии, но не в Европе?
Правдоподобный ответ на этот давний вопрос был предложен лишь в 2019 году. Ещё в 1881 году ботаник Томас Миэн предположил, что листья могут краснеть «под влиянием, возможно, американского света».
Экспериментальная работа с сотнями видов по всему Северному полушарию показывает: осенью деревья, растущие на определённой широте в восточной части Северной Америки, получают значительно больше солнечного излучения, чем деревья на той же широте в Европе.
В 2019 году было установлено, что североамериканские деревья, выращенные в общем саду с европейскими видами, по-разному реагируют на укорочение дня осенью. Учёные отметили и измерили разный процент американских и европейских видов, производящих фолиарные антоцианы — пигменты, ответственные за красный или пурпурный цвет листьев.
- Анализ 1532 видов на филогенетическом дереве показал: более высокий процент североамериканских деревьев производит антоцианы.
- Причина: антоцианы поглощают широкий спектр солнечного излучения (от UV-B до красного), действуя как солнцезащитный экран. Это важно в чувствительный период, когда стареющие листья разбирают свой фотосинтетический аппарат.
Дополнительные факторы
- Сроки разрушения хлорофилла: Эксперименты с ~360 видами показали, что американские деревья и кустарники разрушают хлорофилл примерно на 9 дней раньше ( ± 4 дня), чем европейские виды. Более суровый и менее предсказуемый климат Северной Америки, вероятно, привёл к более раннему началу старения листьев, что увеличивает риск фотоповреждения в яркие осенние дни.
- Бедные почвы также могут способствовать выработке антоцианов.
- Новый поворот: Недавнее исследование показывает, что ни один из видов, живущих в симбиозе с азотфиксирующими бактериями (бобовые, тополя, ольхи), не имеет антоциановой осенней окраски. Когда азот легко доступен от симбионтов, преимущества фотозащиты, видимо, не перевешивают затраты на производство антоцианов.
Будущее осенних красок
Многих интересует, как изменится цвет листьев в условиях изменения климата.
- Текущие прогнозы предсказывают, что к концу XXI века осенние цвета будут появляться на 1–3 недели позже, чем сейчас.
- Однако исследование 2020 года в Science показало, что увеличение продуктивности весной и летом коррелирует с более ранним (а не поздним) осенним старением листьев у деревьев умеренной зоны. Этот процесс может противодействовать ожидаемым долгосрочным задержкам.
- Новая оценка: к 2080 году осенние цвета в лесах Центральной Европы могут наступить всего на 3–6 дней позже, чем сейчас.
Что касается Северной Америки: «Сейчас и, вероятно, в следующие 10–15 лет листва будет появляться позже, но есть предел. Когда деревья начинают фотосинтезировать раньше, они в конечном итоге и заканчивают раньше. Они не могут просто расти и расти. Ограничениями станут более короткие дни осенью и зимой, мороз в почве и, вероятно, другие факторы, которые мы пока не знаем».