Chaque automne, les feuilles des arbres à feuilles caduques subissent un changement de couleur spectaculaire avant de perdre leurs nouvelles teintes, devenant brunes et mourantes. Le processus peut prendre des semaines, mais Owen Reiser, étudiant en mathématiques et en biologie à la Southern Illinois University Edwardsville, souhaitait voir les feuilles se changer en quelques secondes. «Je suivais un cours de biologie sur le terrain et nous en apprenions sur les arbres à feuilles caduques», dit-il. «Cela fait un moment que je me passionne pour la photographie animalière et le time-lapse. Je ne pouvais pas trouver un time-lapse de changement de couleur des feuilles, alors je me suis lancé.»
Au cours de six semaines, Reiser a pris plus de 6 000 photographies de feuilles rapprochées dans son studio time-lapse, qui comprend un objectif macro et un appareil photo acheté sur eBay, une lampe à DEL de 10 $ et une batterie permettant à l'appareil photo courir en continu. «C’est [fondamentalement] une boîte en carton et un tas de ruban adhésif en toile, mais le travail est fait», dit-il.
Reiser a recueilli les feuilles de huit différents arbres à feuilles caduques, des espèces telles que les sassafras et l'érable à sucre qui perdaient leur feuillage chaque année, et a pris une photo de chacun d'eux toutes les 30 à 60 secondes pendant trois jours. En assemblant des milliers d'images en une seule vidéo, il a révélé une scène de feuilles changeantes bien plus vivante qu'un cliché d'automne typique. Dans la vidéo accélérée, la couleur s'infiltre dans chaque feuille comme un colorant se répandant dans le tissu, révélant ainsi le fonctionnement dynamique des plantes lors de leur transformation.
David Lee, professeur émérite de sciences biologiques à la Florida International University et auteur de Nature's Palette: La science de la couleur des plantes , dit qu'il n'avait jamais vu de vidéo comme celle de Reiser auparavant. "La couleur même d'une feuille à l'autre varie considérablement, et cela montre que cela change avec le temps."
Malgré la popularité du feuillage d'automne, la science derrière l'évolution des feuilles n'est pas très connue. «Chaque automne, les gens écrivent sur le changement de couleur et, en général, les articles sont remplis de toutes sortes d’erreurs», déclare Lee. L'une des idées fausses les plus répandues est que les feuilles rouges et jaunes changent de la même façon, alors qu'elles subissent des processus complètement différents.
Les feuilles jaunes de plantes comme l'hamamélis suivent une explication classique du changement de couleur: la décomposition en pigments photosynthétiques verts appelée chlorophylle expose les pigments jaunes, ou caroténoïdes, qui se cachent dessous. (Les caroténoïdes sont le même type de pigment qui donne aux citrouilles et aux carottes leurs teintes distinctes.) Les feuilles continuent de dépérir, elles produisent des tanins et brunissent.
Vu au microscope, la chlorophylle est concentrée dans la vie végétale dans des structures appelées chloroplastes. (Kristian Peters - Fabelfroh via Wikicommons sous CC BY-SA 3.0) Par contre, la plupart des tons rouges, comme ceux des chênes rouges, proviennent d'un pigment appelé anthocyane, produit lors de la mort des feuilles. "Les gens soutiennent que la couleur rouge est [également] un révélateur de la décomposition de la chlorophylle, et c'est tout simplement faux", a déclaré Lee. "La couleur rouge est en fait lorsque la chlorophylle commence à se décomposer - il existe une synthèse de ces pigments, c'est donc une tout autre chose."
Bien que les scientifiques sachent comment les pigments rouges sont créés, ils ne savent toujours pas pourquoi. Selon Lee, il y a deux hypothèses dominantes. William Hamilton, biologiste de l'évolution, a suggéré d'utiliser la couleur pour protéger les plantes contre les herbivores, car les teintes rouges pourraient faire croire aux insectes qu'une feuille est toxique ou malsaine, décourageant ainsi les insectes de s'y nourrir ou d'y pondre leurs œufs.
Cependant, la culture dominante vulgarisée par l'horticulteur Bill Hoch est que les pigments rouges offrent une photo-protection lorsque la feuille est vulnérable, en particulier à la lumière vive et aux basses températures lorsque les plantes ne photosynthétisent pas aussi efficacement. Les anthocyanes aident à protéger la feuille en absorbant l'excès de lumière à des longueurs d'onde qui ne sont pas utilisées pour la photosynthèse, comme la partie verte du spectre visible. Ils agissent également en tant qu'antioxydants, protégeant la feuille des sous-produits toxiques fabriqués lorsque la chlorophylle se décompose au cours du vieillissement.
La synthèse des anthocyanes pourrait également expliquer pourquoi les taches de couleur en expansion rapide dans le time-lapse de Reiser ne sont pas uniformes, car l'exposition à la lumière et à la température peut varier considérablement à la surface de la feuille, ce qui peut avoir un impact sur la production locale de pigment.
Mais pourquoi une plante subirait-elle le problème évolutif de protéger une feuille destinée à mourir? «L'avantage pour la plante est que les feuilles qui se décomposent peuvent éliminer plus efficacement l'azote des protéines qui se décomposent et le ramener dans la plante, que ce soit dans les gros membres ou même dans le système racinaire», Lee dit. L'azote étant un élément nutritif essentiel à la photosynthèse et à la croissance, il est donc important de le restituer le plus possible à l'arbre avant la chute d'une feuille afin de garantir que la plante sera bien garnie pour le cycle de l'année prochaine.
Bien que la science du changement de couleur soit encore mystérieuse, Lee pense que cela continuera à fasciner les chercheurs et les observateurs curieux pendant les nombreux automnes à venir. “C'est comme notre panda. C'est ce qui retient vraiment l'attention du monde végétal par rapport au monde animal », dit-il. «Nous remarquons tous une couleur étrange.» Avec un travail comme la vidéo de Reiser, nous pouvons maintenant examiner les feuilles en évolution avec une nouvelle perspective, en mettant au point de nouvelles questions et en magnifiant le casse-tête de la palette en constante évolution de la nature.
