Copacii au un plan viclean pentru a-și păstra nutrienții… și asta se bazează pe geometrie

În fiecare toamnă, copacii cu frunze căzătoare ne oferă un spectacol familiar: un covor de frunze moarte acoperă solul. Acest fenomen, adesea perceput ca o simplă consecință a schimbării anotimpului, ascunde de fapt o strategie evolutivă mult mai subtilă. Noi cercetări relevă că forma frunzelor ar fi fost optimizată de evoluție pentru a le permite să cadă rapid și aproape de trunchi, cu scopul de a favoriza reciclarea locală a nutrienților.

Frunzele conțin o cantitate mare de nutrienți pe care arborele i-a captat în timpul creșterii: azot, fosfor, potasiu, dar și carbon. Când un copac își pierde frunzele toamna, se separă astfel de aproape 40% din carbonul pe care l-a asimilat. Cu toate acestea, aceste resurse nu sunt pierdute definitiv. O parte poate fi recuperată de copac dacă frunzele se descompun în apropierea rădăcinilor sale. Oamenii de știință bănuiau de mult timp că arborii pot favoriza această reciclare influențând traiectoria de cădere a frunzelor lor. Tocmai acest lucru au vrut să testeze cercetătorii de la Universitatea Tehnică din Danemarca într-un studiu publicat în Journal of the Royal Society Interface.

Cu ajutorul unui dispozitiv experimental automatizat, cercetătorii au simulat căderea a sute de frunze folosind modele din hârtie inspirate din forme naturale. Experimentul a fost realizat în apă pentru a permite observarea precisă a mișcărilor, apa încetinind căderea, dar păstrând principii fizice similare cu cele ale aerului. Ei au descoperit că majoritatea frunzelor naturale, adesea simetrice și puțin lobate, cădeau în mod stabil și rapid. În schimb, frunzele asimetrice sau neregulate aveau tendința de a se învârti, încetinind coborârea și crescând riscul de a fi purtate mai departe. Această observație a fost confirmată prin testarea unei mutații bine cunoscute la planta Arabidopsis thaliana, numită as1. Această mutație face frunzele mai asimetrice. Rezultatul: aceste frunze au avut nevoie, în medie, de 15% mai mult timp pentru a ajunge la sol decât frunzele normale. Simulând această mutație pe frunzele copacilor cu frunze căzătoare, cercetătorii au observat o reducere similară a vitezei de cădere.

Aceste rezultate susțin ideea că forma frunzelor a fost parțial modelată de selecția naturală pentru a favoriza sedimentarea rapidă a acestora. Cu cât o frunză cade mai repede, cu atât are mai multe șanse să rămână lângă copac și cu atât mai multe substanțe nutritive pe care le conține pot fi reabsorbite în sol de către rădăcini. Este o strategie de reciclare locală discretă, dar extrem de eficientă. Spre deosebire de semințe sau polen, frunzele nu au niciun interes să călătorească departe. Dimpotrivă, valoarea lor rezidă în capacitatea lor de a îmbogăți solul din imediata apropiere a copacului părinte. Acest mecanism întărește sănătatea copacului însuși, dar și a descendenților săi.

Autorii studiului subliniază totuși că forma frunzelor depinde de numeroși factori: expunerea la lumină, necesitatea reglării termice, interacțiunile cu insectele erbivore etc. Reciclarea nutrienților este probabil doar unul dintre elementele care influențează evoluția geometriei lor. Cu toate acestea, schimbările climatice ar putea perturba acest echilibru. Prin modificarea condițiilor de creștere și a constrângerilor de mediu, acestea ar putea influența forma frunzelor și, prin urmare, ar putea afecta capacitatea copacilor de a recupera nutrienții pe care îi produc în fiecare an.

Această cercetare pune în lumină o dimensiune necunoscută a biologiei vegetale: optimizarea fizică a căderii frunzelor. Ea ilustrează modul în care copacii au dezvoltat, de-a lungul timpului, strategii sofisticate pentru a-și gestiona resursele, chiar și cele aparent cele mai banale. Ceea ce pare a fi o simplă cădere a frunzelor este, de fapt, un proces fin orchestrat, în care geometria joacă un rol cheie. În tăcerea pădurilor, copacii, aparent nemișcați, duc o adevărată luptă de precizie pentru a capta, reține și reutiliza ceea ce le oferă natura — sau ceea ce produc ei înșiși.

Știință&Tehnică

Revista “Ştiinţă şi Tehnică“, cea mai cunoscută şi longevivă publicaţie de popularizare a ştiintelor din România