Herfstbladeren schijnen eerder – klimaatverandering brengt loofbomen uit balans

Het is een wederopstanding, in de meest letterlijke zin van het woord. Kort voordat de bladeren van een boom in de herfst afsterven, pulseert het leven erin. Het blad gloeit geel en rood in de zon. Er is nauwelijks een moment waarop de stofwisseling in de bladeren zo actief is als nu, vlak voordat ze van de boom vallen en uitdrogen. Het blad regenereert zelfs stoffen die eerder niet werden aangemaakt.

"Voor loofbomen op noordelijke breedtegraden is de bladkleuring in de herfst van vitaal belang", zegt Karin Krupinska, hoogleraar botanie aan de Universiteit van Kiel. "Het is het uiterlijke teken van een belangrijk recyclingproces." Maar dit proces verloopt anders dan biologen lang dachten. Recente studies tonen aan dat bladval sterker wordt beïnvloed door de interne werking van de bladeren dan door externe factoren zoals de daglengte. En ook klimaatverandering laat zijn sporen na.

Loofbomen verliezen hun bladeren door de barre weersomstandigheden die hen in de winter te wachten staan. "Een boom kan geen water uit bevroren grond halen", legt Krupinska uit. Hetzelfde probleem doet zich voor bij droogte. In beide gevallen kunnen er "embolieën" in de bloedvaten ontstaan.

Een blad geeft water af via de huidmondjes. Dit creëert een zuigende werking die het water door de hele plant transporteert. "Een waterbuis loopt van de wortel naar het blad", legt Constantin Zohner, hoogleraar Global Systems Ecology aan de ETH Zürich, uit. "Als er geen water van onderaf komt, kan de waterbuis breken – dan drogen de delen van de boom die door deze buis worden gevoed, uit."

Bovendien zijn de bladeren van veel loofbomen kwetsbaar. "De meeste zijn zo gevoelig dat ze door vorst zouden worden vernietigd", zegt Krupinska. De meeste coniferen en zelfs groenblijvende bladplanten zoals klimop hebben daarentegen een dikke beschermlaag aan de buitenkant die hen beschermt tegen overmatige verdamping en vorst.

De enige inheemse conifeer die in de herfst zijn naalden verliest, is de lariks. "Die komt uit het hooggebergte, waar de winterse omstandigheden bijzonder streng zijn", zegt Karin Krupinska. "Daar kan het energiezuiniger zijn om de naalden te verliezen, omdat het te veel moeite zou kosten om ze winterklaar te maken."

Bomen hebben daarom verschillende strategieën ontwikkeld om de winter door te komen. Waar de temperaturen het hele jaar door hoog blijven, vindt er geen herfstbladval plaats. In koudere streken hebben loofbomen echter de taak om zoveel mogelijk waardevolle stoffen uit hun bladeren te behouden voordat ze op de grond vallen: fosfor, stikstof, zwavel en sporenelementen.

Eerst wordt chlorofyl afgebroken. Tijdens het groeiseizoen zijn bladeren groen omdat ze grote hoeveelheden van dit pigment bevatten. Chlorofyl zet lichtenergie om in chemische energie tijdens fotosynthese. Glucose wordt geproduceerd uit water en koolstofdioxide, en zuurstof ontstaat als bijproduct. Dit proces is de voedselbron voor alle planten en dus ook voor alle dieren – en zonder de vrijkomende zuurstof zou geen enkel levend wezen kunnen ademen.

"Tegelijkertijd is chlorofyl zeer gevaarlijk voor planten, omdat het ook lichtenergie kan overdragen aan zuurstof", legt Bernhard Kräutler, emeritus hoogleraar organische chemie aan de Universiteit van Innsbruck, uit. Hierdoor ontstaan ​​reactieve zuurstofsoorten. "Een zeer agressieve celtoxine", aldus de expert. Vanwege deze eigenschap omhullen planten chlorofyl met andere pigmenten, met name carotenoïden, en binden ze dit aan eiwitten. In de herfst is het de taak om dit gevaarlijke molecuul onschadelijk te maken.

"Jarenlang werd ten onrechte gedacht dat stikstof uit het chlorofyl werd gehaald en vervolgens in de boom werd opgeslagen", zegt Kräutler. Samen met zijn twee overleden Zwitserse collega's Stefan Hörtensteiner en Philippe Matile ontdekte hij echter dat chlorofyl wordt afgebroken tot kleurloze, stikstofhoudende componenten en met het blad wordt afgestoten.

Planten beschikken niet over de enzymen om het complexe chlorofylmolecuul volledig af te breken. Uiteindelijk is dit niet cruciaal voor de individuele boom. "Slechts drie tot vijf procent van de stikstof in een blad zit in chlorofyl", legt Karin Krupinska uit. Het grootste deel zit in de eiwitten, die worden gerecycled.

Wanneer het chlorofyl wordt afgebroken, blijven de carotenoïden over. Ze lijken chemisch gezien op de moleculen die bijvoorbeeld maïs geel kleuren. Deze overgebleven pigmenten zorgen ervoor dat herfstbladeren op onze breedtegraden overwegend geel lijken. Het blad van veel bomen uit Noord-Amerika en Azië is kleurrijker. Verschillende esdoornsoorten zijn bijvoorbeeld intens rood. Deze bomen produceren zogenaamde anthocyanen in hun bladeren – en dat slechts kort voordat ze afvallen. Dit klinkt als verspilling, en tot op de dag van vandaag is het niet helemaal duidelijk waarom bomen deze pigmenten überhaupt produceren.

"De anthocyanen worden gevormd op breedtegraden waar de intensiteit van de zonnestraling groter is dan in Centraal-Europa", zegt Constantin Zohner. Rode bladeren komen wel voor in Centraal-Europa, maar als ze intens gekleurd zijn, worden ze geïntroduceerd. Inheemse soorten zoals de ratelpopulier zijn minder intens rood. "De anthocyanen zouden kunnen werken als een soort zonnebrandcrème en de recyclingprocessen in het blad beschermen."

Er is zelfs nog meer bewijs voor deze functie dan alleen de geografische spreiding van rode herfstbladeren. "Er worden meer anthocyanen geproduceerd in aan de zon blootgestelde bladeren dan in schaduwrijke", legt Zohner uit. "In experimenten hebben we ook delen van aan de zon blootgestelde, verouderende bladeren afgeplakt – en in tegenstelling tot de rest van het bladoppervlak werden ze niet rood onder de bedekking."

Er is een tweede theorie die verklaart waarom bomen rood kleuren kort voordat ze hun bladeren verliezen. Sommige evolutionaire onderzoekers geloven dat bomen een signaal sturen naar bladluizen, die op zoek zijn naar een winterverblijf in de takken. Het idee is dat bomen met hun rode bladkleur aangeven dat ze sterk zijn en indringers kunnen afweren. Wetenschappers hebben zelfs bewezen dat bomen waarvan de bladeren in de herfst rood waren, de volgende lente minder last hadden van insecten.

Vanwege hun diverse effecten, of het nu gaat om bescherming tegen roofdieren of uv-licht, en ook om hun rode kleur, noemde de Nieuw-Zeelandse bioloog Kevin Gould anthocyanen ‘het Zwitserse zakmes van de bladeren’.

Maar zoals zoveel dingen in de natuur, verandert de opwarming van de aarde ook de kleur en het afvallen van bladeren. "Tegenwoordig begint de bladverkleuring eerder", zegt Constantin Zohner. "Tegelijkertijd zorgen mildere herfsten ervoor dat de bladeren langer aan de boom blijven." Zohner en zijn collega's hebben de redenen hiervoor onderzocht in klimaatkamers.

Hoewel lange tijd werd aangenomen dat alleen een afnemende daglengte en lage temperaturen bladverkleuring en bladval veroorzaken, hebben experts ontdekt dat zelfs het tijdstip waarop de bladeren uitkomen, van invloed is. "Voor elke dag dat een blad eerder uitkomt, begint de bladverkleuring gemiddeld 0,3 dagen eerder", legt hij uit.

Bomen worden wereldwijd steeds eerder groen. Wetenschappers konden dit vaststellen met behulp van satellietgegevens – waarschijnlijk als gevolg van de opwarming van de aarde. En ze beginnen ook steeds eerder geel te worden. Bladeren lijken dus een vaste ontwikkelingscyclus te hebben. Welke gevolgen dit voor bomen heeft, is nog onduidelijk.

"Enerzijds zorgt de langere overgangsperiode ervoor dat ze meer voedingsstoffen uit de bladeren kunnen opslaan in de stam en wortels – een voordeel voor het volgende voorjaar", zegt Zohner. "Anderzijds blijven de bomen in deze periode _CO2 verliezen door ademhaling, ook al vinden er nauwelijks fotosynthese plaats." Deze herfst is er in ieder geval weer een mogelijkheid om het effect te bestuderen. Door het warme voorjaar is de bladontwikkeling weer vroeg begonnen.

Een artikel uit de « NZZ am Sonntag »