Le foglie autunnali brillano prima: il cambiamento climatico mette fuori sincrono gli alberi decidui

È una resurrezione, nel vero senso della parola. Poco prima che le foglie di un albero muoiano in autunno, la vita pulsa al loro interno. Il fogliame risplende di giallo e rosso al sole. Non c'è quasi momento in cui il metabolismo delle foglie sia così attivo come lo è ora, poco prima che cadano dall'albero e si secchino. La foglia rigenera persino sostanze che prima non venivano prodotte.

"Per gli alberi decidui delle latitudini settentrionali, la colorazione delle foglie in autunno è fondamentale", afferma Karin Krupinska, professoressa di botanica all'Università di Kiel. "È il segno esteriore di un importante processo di riciclo". Ma questo processo procede in modo diverso da quanto i biologi abbiano a lungo pensato. Studi recenti dimostrano che la caduta delle foglie è influenzata più fortemente dal funzionamento interno delle foglie che da fattori esterni come la durata del giorno. E anche il cambiamento climatico sta lasciando il segno.

Gli alberi decidui perdono le foglie a causa delle rigide condizioni meteorologiche che li attendono in inverno. "Un albero non può attingere acqua dal terreno ghiacciato", spiega Krupinska. Lo stesso problema si verifica in caso di siccità. In entrambi i casi, possono verificarsi "embolie" nei vasi sanguigni.

Una foglia rilascia acqua attraverso gli stomi. Questo crea un effetto di aspirazione che trasporta l'acqua in tutta la pianta. "Un tubo d'acqua corre dalla radice alla foglia", spiega Constantin Zohner, professore di ecologia dei sistemi globali al Politecnico federale di Zurigo. "Se l'acqua non arriva dal basso, il tubo d'acqua può rompersi, e le aree dell'albero irrorate da questo vaso si seccano".

Inoltre, le foglie di molti alberi decidui sono delicate. "La maggior parte sono così sensibili che verrebbero distrutte dal gelo", afferma Krupinska. Al contrario, la maggior parte delle conifere e persino delle piante sempreverdi come l'edera hanno uno spesso strato protettivo sulla superficie esterna che le protegge dall'eccessiva evaporazione e dal gelo.

L'unica conifera autoctona che perde gli aghi in autunno è il larice. "Proviene dalle alte montagne, dove le condizioni invernali sono particolarmente rigide", afferma Karin Krupinska. "Lì, può essere più efficiente dal punto di vista energetico perdere gli aghi, perché prepararli per l'inverno sarebbe troppo faticoso".

Gli alberi hanno quindi sviluppato strategie diverse per affrontare l'inverno. Dove le temperature rimangono elevate tutto l'anno, la caduta delle foglie in autunno non avviene. Nelle regioni più fredde, tuttavia, gli alberi decidui hanno il compito di preservare il maggior numero possibile di sostanze preziose dalle foglie prima che cadano a terra: fosforo, azoto, zolfo e oligoelementi.

Innanzitutto, la clorofilla viene scomposta. Durante la stagione di crescita, le foglie sono verdi perché contengono grandi quantità di questo pigmento. La clorofilla converte l'energia luminosa in energia chimica durante la fotosintesi. Il glucosio viene prodotto da acqua e anidride carbonica, mentre l'ossigeno viene prodotto come sottoprodotto. Questo processo è la fonte di cibo per tutte le piante e quindi per tutti gli animali: senza l'ossigeno rilasciato, nessun essere vivente potrebbe respirare.

"Allo stesso tempo, la clorofilla è molto pericolosa per le piante perché può anche trasferire l'energia luminosa all'ossigeno", spiega Bernhard Kräutler, professore emerito di chimica organica all'Università di Innsbruck. Questo crea specie reattive dell'ossigeno. "Una tossina cellulare molto aggressiva", afferma l'esperto. Grazie a questa proprietà, le piante rivestono la clorofilla con altri pigmenti, in particolare carotenoidi, e la legano alle proteine. In autunno, il compito è quello di disinnescare questa pericolosa molecola.

"Per molti anni si è pensato erroneamente che l'azoto venisse estratto dalla clorofilla e poi immagazzinato nell'albero", afferma Kräutler. Tuttavia, insieme ai suoi due defunti colleghi svizzeri Stefan Hörtensteiner e Philippe Matile, ha scoperto che la clorofilla si scompone in componenti incolori contenenti azoto e si perde insieme alla foglia.

Le piante non possiedono gli enzimi necessari per scomporre completamente la complessa molecola di clorofilla. In definitiva, questo non è cruciale per il singolo albero. "Solo il 3-5% dell'azoto presente in una foglia è contenuto nella clorofilla", spiega Karin Krupinska. La maggior parte è contenuta nelle proteine, che vengono riciclate.

Quando la clorofilla viene scomposta, i carotenoidi rimangono. Sono chimicamente simili alle molecole che, ad esempio, ingialliscono il mais. Questi pigmenti residui sono il motivo per cui le foglie autunnali alle nostre latitudini appaiono prevalentemente gialle. Il fogliame di molti alberi del Nord America e dell'Asia è più colorato. Diverse specie di acero, ad esempio, sono di un rosso intenso. Questi alberi producono le cosiddette antocianine nelle loro foglie, e solo poco prima che cadano. Sembra uno spreco, e ancora oggi non è del tutto chiaro il motivo per cui gli alberi producano questi pigmenti.

"Gli antociani si formano a latitudini dove l'intensità della radiazione solare è maggiore rispetto all'Europa centrale", afferma Constantin Zohner. Le foglie rosse si trovano anche in Europa centrale, ma se sono di colore intenso, sono piante introdotte. Specie autoctone come il pioppo tremulo hanno un rosso meno intenso. "Gli antociani potrebbero agire come una sorta di filtro solare e proteggere i processi di riciclo nella foglia".

Esistono prove ancora più evidenti di questa funzione, oltre alla semplice distribuzione geografica del colore rosso delle foglie autunnali. "Le foglie esposte al sole producono più antocianine rispetto a quelle all'ombra", spiega Zohner. "Negli esperimenti, abbiamo anche isolato con del nastro adesivo alcune parti delle foglie invecchiate esposte al sole e, a differenza del resto della superficie fogliare, non sono diventate rosse sotto la copertura".

Esiste una seconda teoria che spiega perché gli alberi diventano rossi poco prima di perdere le foglie. Alcuni ricercatori evoluzionisti ritengono che gli alberi stiano inviando un messaggio agli afidi, che cercano rifugi invernali tra i rami. L'idea è che gli alberi segnalino con il loro colore rosso delle foglie che sono forti e possono tenere lontani gli intrusi. Gli scienziati hanno effettivamente dimostrato che gli alberi le cui foglie erano rosse in autunno erano meno infestati dagli insetti la primavera successiva.

Per i loro molteplici effetti, come protezione dai predatori o dai raggi UV, e per il loro colore rosso, il biologo neozelandese Kevin Gould ha definito le antocianine "il coltellino svizzero delle foglie".

Ma come molti fenomeni naturali, anche il riscaldamento globale sta modificando la colorazione e la caduta delle foglie. "Oggi, la colorazione delle foglie inizia prima", afferma Constantin Zohner. "Allo stesso tempo, gli autunni più miti fanno sì che le foglie rimangano più a lungo sugli alberi". Zohner e i suoi colleghi hanno studiato le ragioni di questo fenomeno in camere climatiche.

Mentre per lungo tempo si è pensato che solo la diminuzione della durata del giorno e le basse temperature dell'aria innescassero la colorazione e la caduta delle foglie, gli esperti hanno scoperto che anche il momento in cui spuntano le foglie ha un'influenza. "Per ogni giorno in cui una foglia spunta prima, la colorazione delle foglie inizia in media 0,3 giorni prima", spiega.

Gli alberi stanno diventando verdi prima in tutto il mondo. Gli scienziati sono stati in grado di determinarlo utilizzando dati satellitari, probabilmente a causa del riscaldamento globale. E stanno anche iniziando a ingiallire prima. Pertanto, le foglie sembrano avere un ciclo di sviluppo fisso. Quali conseguenze questo abbia per gli alberi non è ancora chiaro.

"Da un lato, il periodo di transizione più lungo consente loro di immagazzinare più nutrienti dalle foglie al tronco e alle radici, un vantaggio per la primavera successiva", afferma Zohner. "Dall'altro, gli alberi continuano a perdere _CO2 attraverso la respirazione durante questo periodo, anche se non effettuano quasi nessuna fotosintesi". In ogni caso, questo autunno ci sarà un'altra opportunità per studiarne l'effetto. Grazie alla primavera calda, la fuoriuscita delle foglie è ricominciata in anticipo.

Un articolo della « NZZ am Sonntag »