La naturaleza del color del otoño

Los colores del otoño (Fuente: Gonzalo del Olmo Berenguer)

Autor: Gonzalo del Olmo Berenguer
Titulación: Grado en Biología y Máster en Microbiología

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Los colores son una parte muy importante en la vida de cualquier ser vivo, en el caso de los humanos, los colores nos permiten comunicarnos, tienen un fuerte efecto psicológico en nosotros, y son un componente esencial en el arte. Sin embargo, las combinaciones cromáticas que nos ofrece la naturaleza, especialmente en otoño, superan con creces la paleta de color del mejor de los pintores.  Cada otoño, en las regiones templadas, se puede contemplar hermosos eventos de cambios de color en las hojas de plantas caducifolias antes de que éstas caigan al finalizar la estación. ¿Pero cuál es el sentido biológico que se esconde tras el color en la penúltima estación del año?

Los distintos colores que observamos en las hojas se deben a la presencia de distintos compuestos químicos llamados pigmentos, que son acumulados por las células vegetales en unos orgánulos especializados llamados plastos (cloroplastos y cromoplastos). Los pigmentos tienen la capacidad de absorber algunas ondas electromagnéticas de la radiación solar, como la luz visible (luz blanca compuesta por todos los colores del arco iris), y reflejar una determinada parte de dicha radiación (figuras 1, 2 y 3). Dependiendo del pigmento se reflejará una determinada onda electromagnética, con una determinada longitud de onda (forma de medir esta radiación), que nuestro sistema sensorial identificará con un color.

Figura 1. Reflexión de la luz solar visible sobre un pigmento negro (Fuente: Gonzalo del Olmo, basado en Álvarez, 2011)

Figura 2. Reflexión de la luz solar visible sobre un pigmento verde (Fuente: Gonzalo del Olmo, basado en Álvarez, 2011)

Figura 3. Reflexión de la luz solar visible sobre un pigmento blanco (Fuente: Gonzalo del Olmo, basado en Álvarez, 2011)

Los colores de las hojas más frecuentes durante el otoño son: verde, amarillo-naranja y rojo (figura 4).

Figura 4. Extracción de pigmentos con alcohol 96% y agua de hojas verdes de una hiedra, hojas amarillas de un olmo y hojas rojas de parra virgen (Fuente: Gonzalo del Olmo)

El color verde se debe a la clorofila (figura 5), el principal pigmento implicado en el fenómeno de la fotosíntesis. En las plantas terrestres existen dos tipos de clorofilas: a y b, aunque existen más variedades en otros organismos. De esta manera, las clorofilas son las responsables directas del crecimiento y desarrollo de las plantas, razón por la cual, en las estaciones de verano y primavera, son los pigmentos más abundantes entre las plantas terrestres. Estos compuestos tienen la capacidad de absorber la luz azul y roja que componen la luz visible, y reflejar una longitud de onda correspondiente a la luz verde lo que explica el color de este pigmento.

Figura 5. Molécula de clorofila (Fuente: La química del color otoñal de las hojas)

A medida que los días se hacen más cortos y las temperaturas descienden, las clorofilas se van deteriorando y la síntesis de las mismas se detiene. Esto es debido a que se necesitan temperaturas cálidas, así como altas y prolongadas incidencias de luz para que la molécula sea estable. Al ir desapareciendo la clorofila, quedan desenmascarados otros pigmentos que también se van degradando a medida que avanza el otoño, aunque a una velocidad menor por tener una estructura química que les hace ser más resistentes. Algunos de estos pigmentos son los carotenoides, los cuales absorben las longitudes de onda de color azul y verde, y reflejan tonos amarillentos y anaranjados. Se dividen en Xantofilas (como la luteína) (figura 6) que generalmente reflejan un color amarillo, y Carotenos (como el beta-caroteno) (figura 6), los cuales suelen aportar un tono anaranjado. Estos pigmentos tienen un papel durante la fotosíntesis, aunque menor que la clorofila, pero sobre todo participan en la protección de la fisiología de la hoja disipando excesos de energía lumínica.

Tras la destrucción de los carotenoides, la hoja se torna a un color marrón debido a la oxidación de los taninos (figura 6), sustancias remanentes del metabolismo de la hoja también enmascaradas por la clorofila.

Figura 6. Molécula de Luteína, Beta-Caroteno y Tanino (Fuente: Asociación Cultural Nintai Bonsai, 2015, y Wikipedia)

Figura 7. Posiblemente este roble (Quercus robur) esté enfermo ya que no es normal este patrón de pigmentación, pero nos permite observar varios tipos de pigmentos a la vez: clorofilas, carotenoides y taninos.

La coloración rojiza de algunas plantas se debe a la producción de un pigmento perteneciente al grupo de los flavonoides denominado antocianina (figura 8). Este compuesto absorbe la luz azul y verde, y emite un color rojo o púrpura. Se sugiere que actúa como un antioxidante, protegiendo a la hoja, al igual que los carotenos, de altas intensidades de radiación solar. A diferencia de los carotenoides, la antocianina no se desenmascara tras el deterioro de la clorofila, si no que se sintetiza a partir de los azúcares que se quedan en la hoja durante el proceso de senescencia (figura 9).

Figura 8. Molécula general de las Antocianinas (Fuente: Asociación Cultural Nintai Bonsai, 2015)

Figura 9. Hojas de parra virgen (Phartenocissus tricuspidata) en distintos estados de pigmentación (Fuente: Gonzalo del Olmo)

La senescencia es un proceso en el que se recupera parte de los recursos que la planta invirtió en la formación de la hoja como azúcares, aminoácidos y minerales, y se induce una muerte genéticamente programada de la hoja, en donde se sintetizarán enzimas hidrolíticas que degradarán compuestos celulares. Llegados a este punto, la hoja termina por caer al suelo, proceso denominado como abscisión, en donde se producen cambios celulares mediados por hormonas vegetales (auxinas y etileno) (figura 10) que llevan a la formación de una barrera que obstruye la conexión de la hoja con el resto de la planta. Tras perder su funcionalidad, bien por su propio peso o por acción de un agente físico (como el viento), la hoja cae al suelo, donde será descompuesta por microorganismos, que aprovecharán su materia orgánica y aportarán materia inorgánica que será a su vez utilizada por la propia planta para el año siguiente.

Figura 10. Proceso de la caída de la hoja mediada por las hormonas vegetales (Fuente: modificado de Taiz y Zeiger, 2002)

Fuentes de consulta:

• Álvarez M. (2011). El color y el calor. Recuperado de: http://www.cubasolar.cu/biblioteca/energia/Energia17/HTML/articulo08.htm
• Asociación Cultural Nintai Bonsai (2015). La Química de los Colores de las Hojas Otoñales. Recuperado de: https://nintaibonsai.wordpress.com/2015/12/19/la-quimica-de-los-colores-de-las-hojas-otonales/
• Bañon D. (2015). ¿Por qué cambia el color de las hojas en otoño? Recuperado de: https://www.vix.com/es/btg/curiosidades/3974/por-que-cambia-el-color-de-las-hojas-en-otono
• BBC Mundo (2015). ¿Por qué las hojas de los árboles cambian de color en otoño?. Recuperado de: https://www.bbc.com/mundo/noticias/2015/10/151012_hojas_color_cambio_otono_lp
• Ecoosfera (2012). ¿Por qué las hojas cambian de color en otoño?. Recuperado de: https://ecoosfera.com/2012/11/por-que-las-hojas-cambian-de-color-en-otono/
• Feild, T. S., Lee, D. W., & Holbrook, N. M. (2001). Why leaves turn red in autumn. The role of anthocyanins in senescing leaves of red-osier dogwood. Plant physiology, 127(2), 566-574.
• La química de las hojas en otoño. Recuperado de: http://www.visitarb.com/educacion/la-quimica-de-las-hojas-en-otono
• Mattila, H., Valev, D., Havurinne, V., Khorobrykh, S., Virtanen, O., Antinluoma, M., & Tyystjärvi, E. (2018). Degradation of chlorophyll and synthesis of flavonols during autumn senescence—the story told by individual leaves. AoB PLANTS, 10(3), 1-13.
• Taiz, L., & Zeiger, E. (2002). Plant Physiology, Sinauer Associates.
• Wikipedia. Tanino. Recuperado de: https://es.wikipedia.org/wiki/Tanino

"El invierno es una aguafuerte, primavera una acuarela, un óleo de verano y otoño un mosaico de todos ellos"

Stanley H. Horowitz, poeta estadounidense.