Svake jeseni, drveće ispred naših prozora sjaji nijansama crvene, narančaste i žute. Ali svjetlost može otkriti mnogo više o lišću i biljkama koje su ih napravile. Novo istraživanje pokazuje da svjetlost koju biljka odražava objašnjava važne detalje o tome kako je evoluirala i gdje sjedi na drvetu života. Ovi se detalji mogu koristiti za identifikaciju biljnih vrsta na temelju skupljanja različitih valnih duljina svjetlosti koju lišće reflektira, poznatih kao njihovi spektri.

"Kako se evolucijska povijest razvija, različite osobine i atributi biljaka mijenjaju se tijekom vremena", rekao je Dudu Meireles, istraživač evolucije biljaka na Sveučilištu Maine, koji je vodio studiju. Te se promjene akumuliraju, a grupe koje se granaju na stablu života identificiraju se po svojim različitim evoluiranim osobinama.

Meireles i njegovi kolege sumnjali su na korelaciju između spektra i evolucijske povijesti. Budući da razlike u biljnim svojstvima kao što su kemija i oblik proizvode različite interakcije sa svjetlom, istraživači su mislili da bi srodne biljke koje dijele osobine mogle odražavati slične svjetlosne obrasce. "Ali nismo imali model mehanizma", rekao je.

U novoj studiji, objavljenoj u časopisu New Phytologist, grupa je opisala kako njihov model spaja način na koji lišće reflektira svjetlost s načinom na koji su se osobine razvijale tijekom vremena.

"Ovaj rad povezuje fiziku svjetlosti s biologijom i evolucijom", rekao je Woody Turner, znanstvenik za zaštitu prirode iz NASA-e koji nije bio uključen u studiju.

Dok srodne vrste odražavaju slične svjetlosne profile, istraživači su pokazali da sve skupine srodnih biljaka ne odražavaju istu vrstu svjetlosti. Pigmenti uključujući klorofil i karotenoide reflektiraju svjetlost i daju biljkama različite boje. Ostale biljne osobine stupaju u interakciju sa svjetlom na načine koje ne možemo vidjeti, ali ipak ukazuju na njihov identitet. Golosjemenjače kao što su četinjače najviše su povezane s kratkovalnom infracrvenom regijom. Ali trave i druge jednosupnice koreliraju s vidljivim i blizu infracrvenim valnim duljinama.

To znači da znanstvenici moraju mjeriti cijeli svjetlosni spektar, a ne nekoliko unaprijed definiranih vrpca, kako bi ispravno identificirali biljku po njezinoj refleksiji. Mjerenjem cijelog spektra koji se reflektira od nepoznatog lista, znanstvenici mogu koristiti model kako bi procijenili kojoj skupini biljaka pripada list.

Meireles i njegovi kolege izmjerili su svjetlost koju reflektira lišće 544 različite biljne vrste kako bi potvrdili da je model široko primjenjiv. Kao i kod svakog modela, to je samo okvir. "To je pretjerano pojednostavljenje načina na koji evolucija zapravo funkcionira", rekao je Meireles. Imajući to na umu, istraživači vide ovaj model, i spektre općenito, kao alat za mjerenje identiteta biljaka i bioraznolikosti na široj razini.

Gubitak biološke raznolikosti globalno se ubrzava, a određivanje vrste prisutnih u ekosustavu ključno je za procjenu kako se ekosustav mijenja. Praćenje ovoga obično je naporan proces. Nije uvijek moguće ručno prebrojati svaku vrstu, rekao je Meireles.

Prikupljanjem spektralnih podataka na daljinu iz zrakoplova ili satelita i primjenom ovog novog modela, znanstvenici bi mogli procijeniti koje biljke žive unutar krajolika, a da ni ne uberu list.

Kako bi izmjerili pojedinačne biljke, Meireles i njegovi kolege zračili su umjetnom svjetlošću na pojedinačne listove i koristili ručni instrument za mjerenje njihovih spektra. Ali na atmosferskim razinama, Sunce daje svjetlost. Specijalizirani senzori mogu daljinski detektirati stotine svjetlosnih mjerenja koja se reflektiraju od Zemlje u razlučivosti od metara. Istraživači misle da bi im to moglo omogućiti mapiranje općenitih biljnih vrsta unutar određenog područja.

NASA radi na postavljanju promatračkih satelita u orbitu s instrumentima sposobnim za prikupljanje ovih vrsta podataka. Dok su Meireles i njegovi kolege koristili svoj model za procjenu pojedinačnih listova u laboratoriju, satelitski sustav mogao bi učiniti isto za šume diljem svijeta.

"Za globalni problem, potrebno vam je globalno rješenje", rekao je Turner.