Il giallo e il rosso.

Per un biologo, non c’è fortuna più grande di quella che consiste nel poter vivere in prossimità di un’area non troppo antropizzata, che permetta ancora di osservare pienamente le multiformi manifestazioni della vita sul nostro pianeta prodotte dall’evoluzione naturale.

Questa è esattamente la fortuna che è capitata a me; ed ogni passeggiata che parte da casa mia e si spinge nei dintorni non manca di ricordarmelo.

Oggi, in una gloriosa luce di ottobre, ho attraversato una delle foreste miste di latifoglie e conifere che circonda un piccolo lago di mezza montagna, sulle Alpi piemontesi.

Gli alberi “a foglia larga”, ovvero le latifoglie, si stanno preparando per l’inverno, e noi percepiamo il processo dal cambio dei colori delle chiome, che cominciano a tingersi di gialli e rossi intensi, i quali in un bosco misto a queste latitudini risaltano in un fulgore magnifico contro il verde cupo delle conifere.

Guardando da vicino per esempio le foglie dei castagni, appare chiarissimo il processo che ne prepara la caduta, con l’invecchiamento della foglia manifestato dalla disidratazione e dal suo colore.

Mentre sono assorto nello spettacolo e passeggio silenzioso, l’eterno, inquieto domandare del bambino che fui, quel domandare che mi ha portato a cercare nella scienza le risposte, torna alla mente. Ma perchè certe piante perdono le foglie? E cosa succede esattamente nelle foglie di autunno, per cui le foglie cambiano colore?

Le risposte alla prima di queste domande sono sostanzialmente due. Innanzitutto, contrariamente a quel che di solito si pensa, per le piante alle nostre latitudini la stagione fredda è più arida. Per capirlo, dobbiamo immaginare la pianta come una “aspiratrice di acqua” dal suolo. Dalle foglie, l’acqua evapora in un processo che si chiama evotraspirazione; questo richiama altra acqua dai vasi e dalle radici, in un flusso continuo che dal basso porta il liquido alla superficie delle foglie e quindi in atmosfera.
Quando le temperature sono più basse, l’acqua nel suolo può essere mobilitata con maggiore difficoltà, perchè l’evotraspirazione dalle foglie è ridotta; di conseguenza, la pianta comincia a sperimentare una maggior siccità, e si disfa delle foglie. La stessa cosa, a latitudini equatoriali, accade infatti in prossimità della stagione più secca e calda, invece che di quella più fredda. In aggiunta, e questa è la seconda risposta, durante la stagione fredda la luce diventa scarsa e molto meno intensa; la fotosintesi è quindi molto più inefficiente, rendendo le foglie un inutile dispendio. Per questo motivo, zuccheri, sali e composti azotati vengono riassorbiti, svuotando letteralmente le foglie, prima di liberarsene – in modo tra l’altro da offrire meno attrito alla neve e alle bufere invernali.

Ma i colori? Perchè le foglie non cadono e basta, senza arrossare i boschi autunnali della foresta temperata e boreale? Come si spiega il colore della foglia di castagno nella foto riportata sopra?

Fino a non molto tempo fa, la risposta standard era più o meno la seguente.

I pigmenti, molecole cioè che riflettono alcune porzioni dello spettro della radiazione solare che noi percepiamo come colori, sono le sostanze chimiche nelle foglie che producono le tinte e le sfumature che vediamo. Alcuni di questi pigmenti, come le clorofille che appaiono verdi e i carotenoidi che appaiono gialli, sono una componente naturale delle foglie sane durante la stagione di crescita. La clorofilla è determinante nella fotosintesi, il processo mediante il quale l’energia della luce solare è usata per combinare l’acqua e l’anidride carbonica per produrre zuccheri che alimentano la crescita delle piante. Durante i mesi estivi, quando l’albero è in pieno sviluppo, la clorofilla viene continuamente sostituita, a causa del suo degradarsi nel tempo.

Le giornate autunnali più corte e le temperature più fredde sono tuttavia meno favorevoli alla crescita e la fotosintesi si riduce a causa della minor luce. La clorofilla a questo punto non viene sostituita abbastanza in fretta. Il primo gelo innesca un drammatico aumento della degradazione della clorofilla e i carotenoidi gialli e arancioni vengono “smascherati” e diventano il colore dominante visto nelle foglie di molte specie.

Tuttavia, questo non è tutto. La foto che ho scattato in un ottobre di 6 anni fa, che vedete qui sotto, documenta perchè.

Le foglie autunnali non sono solamente gialle o arancioni. Sono anche rosse, con sfumature che vanno dal rosso sangue fino quasi al rosso vinoso e violaceo.

Questi colori non dipendono dai carotenoidi, ma da una diversa classe di molecole, gli antociani. Ebbene, la produzione di antociani e la loro localizzazione nelle foglie di quelle piante che, come gli aceri, di autunno arrossano, è un processo attivo, che in questa stagione aumenta. Gli antociani, cioè, non sono semplicemente esposti perché la clorofilla è riassorbita: sono attivamente prodotti proprio con i primi freddi. Ma a che serve produrre antociani e riempire le foglie di queste molecole, considerato che le foglie saranno eliminate? Non è uno spreco? Se guardiamo la letteratura più recente, troviamo la risposta.

Queste molecole riflettono la radiazione rossa e assorbono quella verde e quella blue; assorbono cioè luce a lunghezza d’onda tale da poter danneggiare il complesso macchinario molecolare che provvede al riassorbimento della clorofilla e di altre componenti utili della foglia prima del suo distacco dall’albero.

Dunque gli antociani rappresentano una sorta di “crema solare” che la pianta usa per evitare che il delicato processo di riassorbimento e riciclo delle componenti delle foglie possa essere danneggiato dallo splendente sole dell’inizio di autunno. Questi pigmenti si usurano al sole, ma sono rimpiazzati finché necessario; quando gli antociani non servono più, la pianta non ne produce ulteriormente, e la foglia esposta al sole diventa marrone a causa dei tannini prodotti dalla loro degradazione ad opera della radiazione solare. Questo è lo stadio ultimo prima di cadere.

Ma come fanno dei pigmenti rossi come gli antociani a proteggere la pianta dalla radiazione solare dannosa, specialmente di tipo ultravioletto, durante il processo di riassorbimento delle molecole utili che precede la caduta della foglia?

La chimica – o meglio la fotochimica – sottostante è stata indagata nei dettagli, ma qui cercherò di tradurla in poche parole, le stesse che risuonano nella mia mente quando in un bosco autunnale penso a questi fenomeni. In sostanza, queste molecole sono in grado di assorbire fotoni della giusta energia – quella corrispondente alla radiazione ultravioletta – per cambiare rapidamente la propria conformazione molecolare (la propria forma tridimensionale e la disposizione dei legami chimici tra i propri atomi), dissipare calore all’ambiente e tornare nello stato originale, pronti ad un nuovo ciclo. In questo modo, assorbendo cioè i dannosi fotoni ultravioletti e usandoli per cambiare la propria conformazione, gli antociani evitano che gli stessi vadano a colpire molecole utili della pianta, danneggiandole. Lo stato molecolare ad alta energia che si genera per assorbimento di un fotone è diverso a seconda dell’ambiente (acqua o grassi della foglia), ma il meccanismo generale non cambia; qui sotto, per i lettori più interessati e con qualche base di chimica, è mostrato il meccanismo dissipativo elucidato in una pubblicazione recente per uno degli antociani delle foglie delle piante di vite, antociani di cui anche i grappoli sono ricchi.

Pensate: una complessa macchina chimica, di dimensioni microscopiche, interagisce con la luce in modo tale, da trasformare in calore radiazioni dannose per il macchinario che serve alla pianta a riassorbire clorofilla, zuccheri, amidi ed altre sostanze utili, prima che un albero si liberi delle foglie per evitare disidratazione e per non sprecare energie nel mantenere attivi i suoi “pannelli solari” durante un periodo di bassa luminosità.

Una complessa danza di atomi e fotoni, che alla fine produce il panorama che possiamo vedere in questi giorni appena abbandoniamo il cemento delle nostre città e il tepore delle nostre case.

Ma non basta, perché lo spettacolo che vediamo davanti agli occhi è dovuto all’interazione fra una moltitudine di esseri viventi, non solo alla biochimica di ciascuno di essi.

Questa mattina, abbassando lo sguardo, si notavano numerosi abitanti della lettiera di foglie, tra cui quello che vedete in foto qui sotto.

Quando le foglie cadono, ciò che resta in esse è solo quello che la pianta non è riuscita a riassorbire, digerire e riutilizzare. Tannini, lignina e altri composti chimici resistenti resterebbero nel suolo intoccati, se non fosse per una legione di funghi e di microorganismi che possiedono batterie di enzimi speciali, cioè di proteine in grado di attaccare specificamente anche queste molecole molto stabili e degradarle in composti più semplici e riutilizzabili, facendone il proprio cibo.

I funghi e i batteri, in questo, sono incredibili: meglio di qualunque nostro laboratorio, grazie al processo di selezione naturale hanno prodotto catalizzatori in grado di effettuare ogni reazione chimica immaginabile o quasi, riuscendo quindi a trasformare anche le sostanze più difficili da smaltire – come appunto la lignina – in composti utili al proprio metabolismo.

A terra, il ciclo delle foglie si esaurisce, prima che, in primavera, nuove foglie ricomincino a popolare le chiome del bosco.

Questo ciclo, ben prima dei biologi come me, ha ispirato i poeti; ed il padre di quelli dell’occidente, Omero, così scrisse migliaia di anni fa a proposito delle foglie che oggi si tingono dei colori autunnali e poi cadranno, prima di rigenerarsi in primavera, in un ciclo di vita che già deve aver colpito i primi uomini che alzarono lo sguardo a rimirare la volta di un bosco autunnale:

Quale è la generazione delle foglie,
tale è anche quella degli uomini.
Le foglie, alcune il vento sparge a terra,
ma altre ne produce la selva rigogliosa,
e giunge la stagione di primavera:
così le generazioni degli uomini,
nasce una, l’altra scompare.

(Iliade, VI 146-149)