Ezért lehetnek szimmetrikusak a fák levelei

A lombhullató fák levelei a fa által egész évben begyűjtött szén 40 százalékát tartalmazzák, s emellett számos olyan tápanyagot, amelyek az erdők, a fák számára létfontosságúak. Ahhoz, hogy a fa mindezeket, a lombhulláskor elveszített erőforrásokat visszakapja, a leveleknek a fa közelében kell földet érniük.

Amikor ősszel „szorgalmasan” összeszedjük és elvisszük a kertjeink, parkjaink fái alól a lehullott leveleket, akkor e tápanyagokat raboljuk el tőlük. Ha egy bükkfa lehullott leveleit eltávolítják, akkor a fa által a következő évben használható tápanyagok 30-70 százaléka odavész.

A Dán Műszaki Egyetem kutatói különös kísérleteket végeztek: az egyes levéltípusok, alakok papírból kivágott másaival elemezték azok aerodinamikai tulajdonságait, vagyis azt, hogy mi módon hullik le a fáról. A pollen és a termés esetében az a fa érdeke, hogy ezek minél távolabbra jussanak az evolúció során kialakult módozatok útján, a szél vagy állatok segítségével.

A levelek esetében azonban fontos, hogy a fa meg tudja tartani ezeket a tápanyagokat, amelyek lehullva a téli időszakban szépen elkezdenek visszaépülni a talajba.

Minél gyorsabban ér földet a levél, annál biztosabb, hogy tápanyagai visszajutnak a fába, amelyről lehullott.

A lassabban hulló levélbe könnyebben belekap a szél, és távolra viheti a fától.

A kutatók abból a feltételezésből indultak ki, hogy a fa az evolúciója során olyan leveleket hozott létre, amelyek optimálisak a feladataikra, a fotoszintézisre és a tárolt tápanyagok visszajuttatására. Az jól ismert, miként, milyen biológiai és genetikai hatások révén jön létre az egyedfejlődés során a levelek szimmetrikus alakja. Eddig azonban nem vizsgálták azt, milyen evolúciós háttere lehet ennek, és voltaképp milyen szelekciós hatás miatt válhattak egyáltalában szimmetrikussá.

A kutatók lézeres vágóval szabták ki papírból a különféle alakú leveleket, majd azokat egy aerodinamikai mérésekhez használt kamrán keresztül leejtették. Az egyes levelek hullását kamerák követték, levéltípusonként 20-30 alkalommal végezték el a vizsgálatokat. A kapott felvételeket elemezve állították fel a levelekre alkalmazható törvényszerűséget.

Összesen 15 nagyra növekvő faféle (család) esetében vizsgálódtak, a teljesség igénye nélkül például a bükkfafélék, a nyírfafélék, a szilfafélék vagy a fűzfafélék voltak alanyaik. Az egyes levéltípusoknál azok számos, az aerodinamikát befolyásoló tulajdonságát figyelembe vették, így például a méretarányokat, a levél fogazottságát, alakját, szimmetrikus voltát.

A tesztek során azután „digitális mutációk” segítségével változtattak a levelek alakjain, hogy az egyes tulajdonságok hatásait külön meg tudják érteni. Ezen felül készítettek egy olyan digitális mintát is, amelyben a legegyszerűbb formától a legösszetettebb formáig folyamatos átmenetet képezve 120 levélalakot vizsgálhattak meg. Mindezekről számításokat végezve meg tudták állapítani, miféle levél az, amelynek alakja, arányai a legideálisabbak ahhoz, hogy gyorsan földet érhessenek.

A kulcstényező a levél szimmetriája volt, kisebb mértékben meghatározó volt még, hogy mennyire szeldelt, karéjos (pl. tölgy) egy levél. A kutatók arra jutottak, hogy a klímaváltozás során gyakoribbá váló mutáns levelek hátrányt fognak jelenteni.

Hozzátették, hogy most csak a lombhullató fákat vizsgálták – ezek levelei pedig vékonyak, a felületükhöz képes kis tömegűek. A nem lombhullató (trópusi) fák ezzel szemben nehéz (átlag 2,5-szer nehezebb) levelekkel rendelkeznek, ezek hullását pedig kevésbé befolyásolja az aerodinamika.

Megjegyezték, hogy a levél alakja fontos tényező abban, hogy a fák mennyi szenet tudnak kivonni a légkörből, a lombkorona és a talaj közti kapcsolat révén. Ez talán elvezethet annak a rossz gyakorlatnak a megszüntetéséhez is, hogy ősszel összegyűjtjük és elszállítjuk a fák lehullott leveleit. A kutatók hozzátették, a falevelekkel végzett aerodinamikai kísérletek akár inspirációt is adhatnak a repülésben dolgozó tervezők számára.