Cosa fa invecchiare le foglie in autunno

Alla fine della sua vita, il fogliame si illumina di splendidi colori giallo-rossi: è l'autunno. Gli alberi decidui delle zone temperate si preparano per l'inverno in arrivo. Smettono di crescere e rimuovono le sostanze nutritive dal fogliame. Le foglie cadono gradualmente e muoiono. Questo processo di invecchiamento delle foglie è chiamato senescenza. Nel ciclo fenologico degli alberi, segna la fine del periodo di vegetazione in cui assorbono CO₂ assorbimento e fotosintesi.

Il riscaldamento globale ha allungato il periodo di vegetazione negli ultimi decenni: gli alberi europei spuntano le foglie circa due settimane prima in primavera rispetto a cento anni fa. In autunno, le foglie cadono ben sei giorni dopo. In genere si prevede che in futuro la senescenza sarà ulteriormente ritardata da un clima più caldo. Gli alberi potrebbero quindi assorbire più CO₂ dall'atmosfera.

I ricercatori dell'ETH di Zurigo sono ora giunti alla conclusione opposta: in uno studio pubblicato sulla rivista scientifica pagina esternaScienza Nel caso delle latifoglie, hanno dimostrato un meccanismo di autoregolazione che limita il periodo di vegetazione: L'aumento della fotosintesi in primavera e in estate fa sì che le foglie invecchino prima in autunno. Ciò significa che, contrariamente alle aspettative, in futuro la caduta delle foglie autunnali sarà probabilmente anticipata e non ulteriormente ritardata.

La Limited affonda come autista di un lavandino

"Finora non era possibile fare previsioni precise sul periodo di crescita degli alberi perché le cause della senescenza fogliare non erano sufficientemente conosciute", afferma Constantin Zohner, responsabile dello studio e Senior Scientist presso il Crowther Lab dell'ETH di Zurigo.

Finora gli scienziati hanno generalmente ritenuto che fossero soprattutto la diminuzione della temperatura e della durata del giorno in autunno a determinare il momento della senescenza delle foglie. Esistevano già diversi indizi che indicavano che la comparsa delle foglie in primavera doveva essere collegata alla loro caduta in autunno. "Tuttavia, poiché i meccanismi non erano chiari, i modelli fenologici tenevano conto di questi effetti solo in parte, nel migliore dei casi", afferma il biologo.

Zohner sospettava che il legame tra primavera e autunno potesse avere a che fare con la fotosintesi stagionale, più precisamente con il fenomeno del serbatoio di carbonio limitato. Tra l'altro, la scarsità di sostanze nutritive del suolo, come l'azoto, limita la CO₂-La quantità di CO che una pianta può assorbire durante la stagione. Se la quantità massima di CO₂-Se si raggiunge la quantità di precipitazioni, l'invecchiamento delle foglie inizia prima.

Il ruolo della fotosintesi nel controllo della senescenza delle foglie è noto da tempo, ad esempio nei cereali, ma non è mai stato testato sugli alberi. I ricercatori dell'ETH hanno quindi cercato di capire quali sono i fattori che determinano la caduta delle foglie in autunno, utilizzando un approccio combinato di osservazioni sul campo, esperimenti di laboratorio e modellazione.

Effetto significativo della fotosintesi

Lo studio si è basato su osservazioni a lungo termine in sei Paesi europei. specie arboree decidue negli ultimi sessant'anni. Utilizzando i dati, il team di Zohner ha verificato l'influenza relativa di vari fattori sulla tempistica della senescenza autunnale, tra cui la comparsa delle foglie in primavera, la fotosintesi stagionale, la concentrazione di CO₂-Concentrazione, temperatura e precipitazioni.

I ricercatori hanno anche condotto una serie di esperimenti con giovani alberi in camere climatiche e all'aperto. In questo modo hanno potuto misurare la temperatura, la luce diurna e la CO₂-e indagare i rispettivi effetti sulla fotosintesi e sulla senescenza delle foglie.

In effetti, le osservazioni sugli alberi hanno rivelato una chiara influenza della fotosintesi stagionale: in tutte le specie studiate, la senescenza si è verificata prima in autunno anche negli anni in cui la fotosintesi è aumentata in primavera e in estate, con un'attività superiore del dieci per cento che ha anticipato la senescenza delle foglie di otto giorni. Gli esperimenti hanno confermato i risultati delle osservazioni.

Modellata la meccanica dell'autunno

"Le nostre analisi suggeriscono che la fotosintesi stagionale, la temperatura autunnale e la lunghezza del giorno sono i fattori principali della senescenza", afferma la prima autrice Deborah Zani. I fattori rimanenti sono diversi: "La CO₂-Le temperature estive, l'intensità della luce e le precipitazioni hanno un'influenza diretta sulla fotosintesi, ma hanno solo un effetto indiretto sulla senescenza autunnale", spiega la ricercatrice.

Gli autunni più caldi tendono a ritardare la senescenza. Tuttavia, l'aumento della CO₂-La concentrazione di carbonio, i periodi estivi più caldi e la comparsa anticipata delle foglie aumentano visibilmente la fotosintesi in primavera e in estate. In questo modo si riempiono le limitate riserve di carbonio: se vengono saturate prematuramente, la senescenza si verifica prima, contrastando la tendenza al ritardo dovuta alle temperature autunnali più elevate.

Zani e Zohner hanno sviluppato un nuovo modello di fenologia autunnale che tiene conto di tutti i fattori in base al loro peso relativo. Questo modello è in grado di datare il momento della senescenza negli ultimi sei decenni in modo più preciso del 42% rispetto ai modelli precedenti.

Il dato inverte anche le loro previsioni: Finora si pensava che la senescenza si sarebbe verificata due o tre settimane dopo la fine del secolo. "Il nostro nuovo modello suggerisce il contrario: se la fotosintesi continuerà ad aumentare, nel corso del secolo le foglie invecchieranno da tre a sei giorni prima di oggi, e non più tardi", spiega Zani. Ciò significa che la stagione di crescita si allungherà solo di 8-12 giorni entro la fine del secolo. "Si tratta di una percentuale da due a tre volte inferiore rispetto a quanto si pensava in precedenza", aggiunge Zani. L'autrice ha partecipato attivamente all'analisi dei dati e alla modellazione nell'ambito della sua tesi di Master presso il Crowhter Lab.

La durata stagionale influenza il bilancio del carbonio

Per la loro ricerca gli scienziati hanno utilizzato i dati del Pan European Phenology Project. Hanno analizzato un totale di 434.000 osservazioni fenologiche in 3.800 località dell'Europa centrale tra il 1948 e il 2015. Sono state analizzate sei specie rappresentative: ippocastano comune, betulla argentata, faggio ramato, larice europeo, quercia inglese e sorbo.

Gli autori considerano il loro studio come un'ulteriore prova che le foreste della zona temperata potrebbero assorbire quantità limitate di CO₂ possono essere assorbite: "La quantità di CO₂-Con l'aumento delle temperature, è probabile che l'assorbimento di carbonio aumenti meno di quanto previsto dai vecchi modelli", afferma Zohner. I ricercatori vogliono ora capire meglio quanto siano diffusi i limitati serbatoi di carbonio nelle foreste della Terra".