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澳门24小时官网:为什么叶子就变色的秋天(视频)科学史密森



每年秋天,落叶乔木的叶子都会发生戏剧性的颜色变化,然后丧失其新发现的色调,逐渐变成褐色并垂死。这个过程可能需要花费数周的时间,但是伊利诺伊州南部大学爱德华兹维尔分校的数学和生物学专业学生欧文雷泽(Owen Reiser)希望在几秒钟内看到叶子的变化。他说:“我上了一门野外生物学课,我们正在学习落叶乔木。” “我从事野生动物摄影和延时摄影已有一段时间了,我找不到随时间变化的叶子变色,所以我就去了。”

整个过程在六个星期的时间里,Reiser在自己的延时摄影棚中拍摄了6000多张叶子的特写照片,其中包括微距镜头和他在eBay上购买的相机,10美元的LED灯和一个可使相机连续运行的电池。他说:“(基本上)是一个纸板箱和一捆胶带,但是可以完成工作。”

Reiser从八种不同的落叶树(如树和枫糖树)中收集叶子每年脱落一次叶子,并每30至60秒为每张照片拍摄最多三天。通过将成千上万张图像拼接到一个视频中,他揭示了一个叶子变化的场景,比典型的秋天快照还活着。在延时录像中,颜色像染料在织物上扩散一样渗入每片叶子,揭示了植物在转化过程中的动态内部运作。

David Lee,佛罗里达国际大学生物科学荣誉教授《自然调色板》:《植物色彩的科学》 的作者说,他从未见过像Reiser以前的视频。 “即使在单个叶子上,颜色也会发生巨大变化,这表明随着时间的推移会发生变化。”

尽管红叶盛行,但人们对变化的叶子背后的科学知之甚少。 “每年秋天,人们都会写关于颜色变化的文章,通常文章中充斥着各种错误,” Lee说。最大的误解之一是,红色和黄色的叶子实际上经历完全不同的过程时,其变化方式相同。

像金缕梅这样的植物的黄色叶子遵循传统的教科书中有关颜色变化的解释:被称为叶绿素的绿色光合色素分解后,隐澳门24小时官网藏在下面的黄澳门24小时官网色色素或类胡萝卜素暴露出来。 (类胡萝卜素是使南瓜和胡萝卜具有不同色调的同一种色素。)随着叶子的不断浪费,它们会产生单宁并变成褐色。

”“

通过显微镜观察,叶绿素集中在植物体内的叶绿体结构中。

(克里斯蒂安彼得斯(Kristian Peters-Fabelfroh),通过Wikicommons在CC之下BY-SA 3.0)

另一方面,大多数红色调(例如红橡澳门24小时官网树中的红色调)都来自一种叫做花色苷的色素,这种色素是在叶片死亡时产生的。 “人们认为红色(也)掩盖了叶绿素的分解,这完全是错误的,”李说。 “红色实际上是在叶绿素开始分解时产生的-这些色素是合成的,因此完全不澳门24小时官网同。”

尽管科学家们知道红色色素是如何产生的,但它们却是仍然不确定为什么。根据李,有两个主要的假设。进化生物学家威廉汉密尔顿(William Hamilton)提出,颜色用于保护植物免受草食,因为红色可能会诱使昆虫认为叶子有毒或不健康,从而阻止虫子在其上觅食或产卵。

但是,园艺学家比尔霍赫(Bill Hoch)普遍认为,当叶子易受伤害时,红色颜料可以提供光保护作用,尤其是在强光和低温条件下,植物无法有效地光合作用时,红色颜料可以提供光保护作用。花青素可以吸收光合作用未使用的波长(例如可见光谱的绿色部分)中的多余光,从而帮助保护叶片。它们还可以作为抗氧化剂,保护叶片免受衰老过程中叶绿素分解时产生的有毒副产物的影响。

花色苷的合成也可以解释为什么Reiser随时间推移而迅速膨胀的色斑不存在的原因。”均匀,因为温度和光线暴露在叶片表面会发生巨大变化,这可能会影响色素的局部产生。

但是,为什么植物要经历进化性的麻烦才能保护将要死亡的叶片呢? “植物的优势在于,被分解的叶子可以更有效地从被分解的蛋白质中去除氮,并将氮运回植物中,无论是大树枝还是根系。”说。氮是光合作用和生长所必需的营养素,因此在叶片掉落之前尽可能多地将其返回到树上有助于确保植物在明年的周期中有充足的储藏量。

Lee认为颜色变化仍然笼罩在神秘之中,在未来的许多秋天,这种变化将继续使研究人员和好奇的观察者着迷。 “就像我们的熊猫。与动物界相比,植物界确实吸引了很多关注。”他说。 “我们都注意到一种奇怪的颜色。”通过像Reiser的视频那样的工作,我们现在可以以崭新的视角审视不断变化的叶子,将新问题聚焦,并放大自然界不断变化的调色板澳门24小时官网的困惑。

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