A mérsékelt égövi és boreális erdőkben a leveleiket lehulló fákat és cserjéket lombhullató növényeknek nevezik; ide tartoznak például a nyárfák, a gyapotfák, a juharok és a tölgyek. A spektrum másik végén azok a növények állnak, amelyek nem hullajtják leveleiket – például a fenyők, lucfenyők, cédrusok és fenyők, amelyek a tűlevelűeket, vagyis az örökzöldeket alkotják. Mindkét fafajta kevesebb energiát termel télen, de a tűlevelűek olyan alkalmazkodási tulajdonságokkal rendelkeznek, mint például a vízveszteséget minimalizáló viaszos bevonat, amelyek segítségével egész évben megtartják tűleveleiket.
Adam Moore, a Coloradói Állami Erdészeti Szolgálat felügyelő erdészének elmondása szerint a fák minden fajtája a környezetük jelzéseire reagál, hasonlóan hozzánk, amelyek jelzik számukra, hogy mikor van itt az ideje felkészülni a télre. Kora ősszel az időjárási viszonyok változni kezdenek: Hűvösebb lesz – csípős, de nem fagyos éjszakákkal –, és a nappali világosság időtartama csökken. Így együttesen kevesebb napfény jut a növényeknek, amit a leveleikben lévő klorofill segítségével gyűjthetnek be, így a lombhullató fák elkezdik visszavonni az életben tartásukhoz szükséges befektetéseiket.
„A fák olyanok, mint egy gyár, és szeretnek hatékonyak lenni – mondta Moore a Live Science-nek. – Oxigént termelnek nekünk és energiát saját maguknak, és napfény nélkül úgymond elkezdik bezárni a boltot a szezonra.” Mire az első fagyok beköszöntenek, a fák már jó úton haladnak a nyugalmi állapot felé.
Míg a klorofill a leggyakoribb pigment, amelyet a növények a fény begyűjtésére használnak – a zöld levelek azért néznek ki így, mert a klorofill elnyeli a vörös és kék fényt, és visszaveri a zöld fényt –, a növényeknek gyakran számos másodlagos pigmentjük is van. Ahogy a klorofill a fák leveleiben fogyni kezd, ezek a mögöttes pigmentek láthatóvá válnak. Ez az, amit az őszi lombhullás csúcspontján látunk – mondta Kristina Bezanson, a Massachusetts Amherst Egyetem arborikológusa a Live Science-nek küldött e-mailben.
A vörös és a lila színárnyalatok az antociánoknak nevezett másodlagos pigmentekből származnak, míg a karotinoidok és a xantofillok narancssárga, illetve sárga színt eredményeznek. Egyazon csoporton belül, mint például a juharok, a különböző fajok saját pigmentkészletet fejlesztettek ki. A vörös juharok például ősszel ragyogó skarlátvörösre színeződnek, míg a fekete juharok sárgára színeződnek.
És bár ezek a pigmentek gyönyörűvé teszik a fákat, fontos célt is szolgálnak.
„Ne feledjük, hogy a fák autotrófok; fotoszintézis útján állítják elő saját táplálékukat, és a leveleket gyakran nevezik a fa »élelmiszergyárainak«” – mondta Bezanson. A különböző hullámhosszú fényt megcélzó pigmentek széles választéka lehetővé teszi a növények számára, hogy több energiát gyűjtsenek a fotoszintézis során. Ennyi pigmentbe való beruházás költséges lehet, ezért nem minden fa követi ezt a stratégiát. De azok, amelyek ezt teszik, gyakran viszonylag gyorsan nőnek.
Míg az őszi színváltás nagy részét a környezet határozza meg, a színváltás időzítését legalábbis részben a genetika diktálja – egy kísérletben a kutatók megállapították, hogy több tízezer gén eltérő módon fejeződik ki a színváltás időszakában. Egyes fajok, mint például a savanyúfa (Oxydendrum arboreum), már nyár végén elkezdik a színváltást, míg a tölgyek gyakran csak jóval azután dobják le a leveleiket, hogy más fák már csupaszok. A tudósok azt is megfigyelték, hogy ugyanazon faj hasonló földrajzi szélességen élő tagjai a tengerszint feletti magasságtól függetlenül ugyanabban az időben változtatják a színüket, holott a magasabb, hidegebb fekvésű területeken élő fák a hűvösebb hőmérséklet miatt jellemzően előbb változnak.
A tél beköszöntével azonban a lombhullató növények végül lehullatják leveleiket, apró, kerek „levélhegeket” hagyva maguk után a csomópontnál, ahol a levél a fához rögzül. A fák még csupasz állapotukban is értékes ökoszisztéma-szolgáltatásokat nyújtanak. A fák blokkolják a szelet, és továbbra is értékes élőhelyet biztosítanak a madaraknak, a lehullott levelek pedig tápanyagot szolgáltatnak a talajba kerülve. „Az évente lehulló levelek segítenek a talaj építésében azáltal, hogy mulcsot képeznek, és télen betakarják a talajt a gyökerek fölött”, hogy melegen tartsák azokat – mondta Bezanson.
