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Perché d’autunno le foglie cambiano colore?

Si sta come

d’autunno

sugli alberi

le foglie

(Soldati, G. Ungaretti, 1918)

L’autunno è sicuramente la stagione che preferisco. Il contrasto tra i colori caldi assunti dalle foglie degli alberi ed il clima che si fa via via sempre più freddo sono l’espressione perfetta della transizione tra la frenetica attività dell’estate ed il letargico torpore invernale.

Ma come mai le foglie cambiano colore d’autunno?

Il colore verde delle foglie degli alberi, come ci viene insegnato fin da piccoli, è dovuto alla clorofilla.

La clorofilla è un pigmento fondamentale per il processo noto come fotosintesi clorofilliana grazie al quale le piante ricavano energia dalla luce solare.

Nelle cellule vegetali delle foglie la clorofilla si trova in “sacchetti” chiamati tilacoidi a loro volta impachettati in organelli cellulari noti come cloroplasti.

Rappresentazione di una cellula animale (a sinistra) e una cellula vegetale (a destra). Si possono notare numerose strutture comuni tra i due tipi di cellule (ad esempio il reticolo endoplasmatico liscio e rugoso, l’apparato di Golgi, il nucleo cellulare…). Tra le peculiarità della cellula vegetale vi sono i cloroplasti responsabili della conversione dell’energia luminosa in energia chimica utilizzabile per il metabolismo della pianta.

La clorofilla si associa a proteine presenti nei cloroplasti per formare dei fotosistemi che convertono l’energia luminosa in energia chimica utilizzabile per la sintesti di molecole organiche come i carboidrati (come il glucosio ad esempio).

Grazie a questa capacità le piante sono considerate organismi autotrofi, ovvero sono in grado di sintetizzare le proprie molecole organiche in modo autonomo, partendo da sostanze inorganiche e senza utilizzare energia derivata da altre molecole organiche (come facciamo invece noi organismi eterotrofi).

Cloroplasti ben visibili all’interno delle cellule vegetali.

Le foglie possono perciò essere considerate come delle fabbriche specializzate in cui l’energia proveniente dalla luce viene usata per convertire i nutrienti assorbiti dal terreno in molecole organiche utilizzabili per tutto il metabolismo della pianta stessa (in soldoni le piante si fanno il proprio cibo da sole). Durante la primavera e l’estate, quindi, le piante mantengono quantità elevate di clorofilla all’interno delle proprie foglie in modo da mantenere la fotosintesi a pieno ritmo e garantirsi tutti i nutrienti di cui hanno bisogno.

Con l’avvicinarsi delle stagioni fredde i giorni diventano sempre più corti e la luce a disposizione sempre più scarsa. Per le piante questo rappresenta un segnale, nel corso dell’inverno la fotosintesi non è più praticabile in quanto il rendimento delle fabbriche-foglie sarebbe minore dei costi di mantenimento delle fabbriche stesse.

Alle piante conviene perciò dismettere le fabbriche ed entrare in un periodo di quiescenza a metabolismo rallentato in cui vengono consumati i nutrienti prodotti nel corso delle stagioni calde e luminose.

Un bosco d’autunno

Per interrompere la produzione  nelle fabbriche-foglie le piante devono prima di tutto chiudere i cancelli. Questo processo si realizza tramite l’interruzione della produzione di auxina, un ormone vegetale. Normalmente l’auxina mantiene aperte le vie che vanno dalla pianta alla foglia e viceversa. Con l’arrivo dell’autunno la produzione di auxina si interrompe e alla base della foglia i vasi di trasporto della linfa vengono chiusi interrompendo qualsiasi scambio di nutrienti. Il sigillo, poi, induce il distacco della foglia dal ramo sul quale rimane solo una cicatrice.

Nel processo di smantellamento delle fabbriche-foglie tra le prime cose che vengono eliminate ci sono le macchine dedicate alla raccolta della luce: la produzione di clorofilla viene interrotta e quella esistente viene degradata.

Il colore verde così scompare  progressivamente lasciando spazio al rosso e al giallo, colori sempre presenti nella foglia ma generalmente coperti dalla massiccia quantità di clorofilla che domina su qualsiasi altro pigmento nel corso della primavera e dell’estate.

Il colore giallo delle foglie autunnali è dato dai carotenoidi, la cui produzione non dipende dalla luce e sono quindi sempre presenti nella foglia. I carotenoidi sono pigmenti molto noti ed il loro colore può variare dal giallo, all’arancione al rosso.

Il colore rosso o purpureo è invece dato da una classe di composti chiamati antociani o antocianine. Appartengono alla famiglia dei flavonoidi e, grazie al loro potere antiossidante, proteggono le foglie dai raggi ultravioletti del sole che, come per l’uomo, possono danneggiare il DNA contenuto all’interno del nucleo cellulare. Il colore degli antociani può variare dal rosso al blu.

I diversi colori delle foglie sono dovuti alla presenza di diversi pigmenti. Il verde della clorofilla, molto abbondante nelle foglie, in genere copre il rosso degli antociani e il giallo dei carotenoidi.

Le differenti sfumature delle foglie autunnali dipendono dalle quantità relative dei diversi pigmenti: una foglia con molti carotenoidi e pochi antociani sarà più gialla, viceversa una foglia con molti antociani e pochi carotenoidi sarà più rossa.

La clorofilla residua, poi, può contribuire a determinare il colore finale della foglia così come altri tipi di pigmenti. I tannini, ad esempio, sono responsabili del colore marrone delle foglie di quercia durante l’autunno.

Infine è opportuno ricordare che non tutte le piante perdono le foglie d’inverno. Come tutti ben sanno le conifere come pini ed abeti sono piante sempreverdi che mantengono le proprie sottilissime foglie ad ago sui rami durante tutto il periodo invernale.

Le caducifoglie (o decidue), invece, sono le piante descritte in questo post che perdono le foglie nella stagione sfavorevole (che in alcuni climi può anche essere la stagione secca).

Personalmente considero le piante organismi viventi estremamente affascinanti (in verità non credo esista un essere vivente che non trovi affascinante…), il loro ciclo stagionale è una meraviglia della fisiologia e un esempio magistrale di adattamento all’ambiente circostante e al clima. I loro colori d’autunno ed i rami spogli d’inverno, soprattutto di alberi molto vecchi, hanno un non so che di mistico ed evocativo.

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Informazioni su dariomelgari

Sono un biologo biomedico laureato presso l'Universita' degli Studi di Milano. Attualmente sono un PhD student presso la University of Bristol dove studio l'attivita' elettrica del cuore e le molecole che la modulano.

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