Neden Sonbaharda Yapraklar Dökülür?

ETH Zürih’teki araştırmacılar, yaprak döken bitkilerin büyüme sezonlarını kısıtlamaya yarayan bir ayar mekanizmasına sahip olduklarını saptadı: İlkbahar ve Yaz aylarında daha fazla fotosentez yapan ağaçlar, Sonbaharda yapraklarını döküyorlar.

Ilıman bölgelerdeki yaprak döken ağaçların yaprakları, dökülmeden hemen önce tüm görkemleriyle sarı ve kızıl renklerle parıldayarak Sonbaharın yaklaştığının haberini verirler. Yaprak senesensi olarak adlandırılan bu süreç ağaçların, büyümelerini askıya alarak ve yapraklarındaki besinleri çıkararak kışa hazırlanmalarını sağlar. Ağaçların fenolojik döngüsü sırasında yaprak senesensi, fotosentez ile karbondioksit emilimi yapılan üretken döneminin sonunun geldiğine işaret eder.

Küresel ısınma son yıllarda; Avrupa ağaçlarının yaprak oluşumunu 100 yıl öncekinden yaklaşık iki hafta öne, ve Sonbahar senesensi yaklaşık altı gün erteleyerek daha uzun bir bitki örtüsü döngüsü dönemine yol açtı. Genel olarak ısınan iklimin, iklim değişikliği altındaki bu bitkilerin daha fazla karbon yakalamasına yol açarak bu senesensi ertelemeye devam edeceği düşünülüyor.

Her nasılsa, ETH Zürih’teki araştırmacılar bunun tam tersini savunan bir görüşü ortaya attılar. Bilim dergisinde yayınlanan bir makalede bu araştırmacılar, üretken dönemi sınırlandıran bir öz ayar mekanizmasının olduğunu; İlkbahar ve Yazın artan fotosentezin, Sonbaharda yaprakların daha erken dökülmesine yol açan erken senesensi sebep olduğunu ortaya attılar.

Senesensi etkeni olarak büyüme sınırlandırılması

Constantin Zohner, “yaprak senesensi etkenlerinin iyi anlaşılamamış olması nedeniyle eskiden ağaçların büyüme sezonları hakkında kesin tahminler yapmak çok zordu.” diyor. Bugüne kadar, bilim insanları yaprak senesensi zamanlamasının belirlenmesindeki ana etkenlerin Yaz mevsimi bittikten sonra başlayan gün uzunluğundaki ve hava sıcaklığındaki Sonbaharsal düşüş olduğunu sanıyorlardı.

Fakat bazı araştırmalar buna ek olarak İlkbahardaki yaprak oluşumunun da Sonbahardaki yaprak dökümüne fazlaca etkisi olduğunu gösterdi. “fakat bu mekanizmaların öneminin belirsiz kalması yüzünden, fenolojik modeller bu tür ihtimalleri en iyi ihtimalle ancak kısmen hesaba katabiliyordu,” diyor biyolog.

Zohner, İlkbahar ve Sonbahar fenolojilerinin arasındaki bağlantının fotosentetik aktiviteyle açıklanabileceğinden şüphelendi – ya da daha doğrusu, karbon yutağı sınırlandırması fenomeni. Bu hipotezde, diğerlerinin yanı sıra nitrojen gibi kıt toprak besinleri, sezon sırasında bir bitkinin emebileceği karbondioksit miktarını sınırlar. İlkbahar ve Yazın bir ağaç ne kadar karbon emerse, yaprak senesensi de o kadar erken başlar.

Fotosentezin bu rolü, mahsuller de dahil olmak üzere birçok bitkide uzun zamandır biliniyordu, fakat ağaçlarda hiç test edilmemişti. ETH Zürih araştırmacılarını da Sonbahar fenolojisini saha gözlemleri, laboratuvar testleri ve modellemelerin karışımı bir yaklaşımla araştırmaya motive eden şey de buydu.

Fotosentezin güçlü etkisi

Son altmış yıldır altı farklı Avrupa yaprak döken ağacı türü üzerinde yapılan uzun süreli araştırmalar bu deneylerin temelini oluşturdu. Bu bilgiyi kullanarak, Zoner’in ekibi İlkbahardaki yaprak oluşumu, sezonsal fotosentez, karbondioksit yoğunlaşması, iklim ve yağış dahil olmak üzere Sonbahar senesensinin zamanlamasında çeşitli etkenlerin göreceli etkisini test etti.

Ek olarak, araştırmacılar iklim odalarında ve açık havada da fidanlarla bir dizi deney yaptılar. Bu onlara fotosentez ve yaprak senesensi arasındaki ilişkiyi etkileyen iklim, gün ışığı ve karbondioksit yoğunlaşması etkenlerini de izole etmelerini sağladı.

Bu uzun süreli gözlemler fotosentez ile ilgili güçlü bir etki ortaya çıkardı. İlkbahar ve Yazın artan fotosentezle her sene, yaprak senesensi daha erken başlıyor. Fotosentetik aktivitedeki her yüzde onluk artış,  yaprak senesensi sekiz gün ileriye genişletiyor. Yapılan deneyler de bu buluşları destekliyor.

Yeni bir Sonbahar senesensi modeli

Deborah Zani , “Analizlerimiz sezonsal fotosentezin, Sonbahardaki iklimin ve günlerin uzunluğunun senesensi anahtar etkenleri olduğunu ortaya atıyor.” diyor.  “Atmosferik karbondioksit yoğunluğu, Yaz iklimi, ışık seviyeleri ve yağış da senesensi etkileyen bazı etkenler arasında, fakat fotosentezi etkiledikleri için dolaylı olarak.”

Bu yüzden iklim değişikliğiyle daha sıcak olan olan Sonbaharlar senesensi erteleniyor. Her nasılsa bu etkinin, İlkbahar ve Yaz aylarında karbondioksit yoğunlaşmasının artması, daha sıcak Yaz dönemleri ve erken yaprak oluşumuyla etkisi azalıyor.

Zani ve Zohner, ilgili ağırlıklarına göre tüm etkenleri hesaba katan yeni bir Sonbahar fenolojisi modeli geliştirdi. Bu model, araştırmacıların sıradaki altmış yılın sonbahar senesensi zamanlamasını eski modellere göre %42’ye kadar daha tutarlı tahmin edebilmelerini sağladı.

Daha sonrasında yazarlar, bu modeli yüzyılın geri kalanındaki yaprak senesensi zamanlamasının yenilenmiş bir tahminini oluşturmak için kullandı. Ve sonuçlar hiç beklenmedikti.  Bu zamana kadar senesensi, yüzyılın sonuna kadar iki ya da üç hafta kadar geç olacağı bekleniyordu. “Yeni modelimiz bunun aksini savunuyor: eğer fotosentez artmaya devam ederse, yapraklar şu an olduğundan üç ila altı gün arasında olmak üzere daha erken senesensi uğrayacak.” diyor Zani. “Bu da daha önceki sandığımızdan yaklaşık iki üç kat daha az olmak üzere büyüme sezonunun yüzyılın sonuna kadar ancak sekiz ila on iki gün kadar esneyeceği anlamına geliyor.” diye de ekliyor Zani. Kendisi Crowther Laboratuvarında yüksek lisans tezinin bir parçası olarak bu veri analizini ve modellemeyi yönetti.

Karbon dengesinde olan etki

Çalışmalarında araştırmacılar, 1948 ve 2015 arasında Avrupa’nın 3,800 yerinde yaptıkları toplam 434,000 fenolojik gözlemi değerlendirerek Pan Avrupa Fenoloji Projesinden elde edilen verileri kullandılar. Temsili olarak altı tür incelendi: Beyaz çiçekli at kestanesi, adi huş, Avrupa kayını, Avrupa melezi, saplı meşe ve üvez ağacı.

Yazarlar, araştırmalarını ılıman ormanlarda sınırlı karbondioksit emilim kapasitesi olduğunun kanıtı olarak görüyor. “Sezonsal karbondioksit alınımı yüksek ihtimalle yükselen dereceler yüzünden diğer modellerin tahmin ettiğinden daha düşük seviyelere gelecek.” diyor Zohner. Şimdi de ETH Zürih araştırmacıları gezegenimizin ormanlarındaki karbon yutağı sınırlandırmasını daha iyi anlamak istiyor.