Чому восени жовтіє листя?

Чому восени жовтіє листя?

За зелений колір, який переважає в рослинах навесні і влітку, відповідає хлорофіл — пігмент, що міститься в хлоропластах. Завдяки йому відбувається фотосинтез. Якщо подивитись на рівняння фотосинтезу, можна побачити, що вуглекислий газ поглинається, відкладаються цукри у формі деревини та крохмалю і паралельно виділяється кисень. Чим більше рослина накопичила біомаси у формі вуглеводів, тим більше вона виділила кисню за сезон.

Коли настає осінь, рослини намагаються вивести з листя всі доступні поживні речовини. Це в першу чергу білки, вуглеводи, ліпіди. Ці речовини перетворюються на щось розчинне і переносяться далі в стебло, коріння, де зберігаються протягом зими. Відповідно, руйнується хлорофіл, що надає листю зелене забарвлення. Стає видно інші групи пігментів, які були замасковані зеленим забарвленням хлорофілу. Каротиноїди відповідають за жовтий колір, а водорозчинні антоціани — за червоний. Вони не руйнуються.

Кількість конкретних пігментів в листі залежить від виду і навіть сорту дерев. Це може бути індивідуальною особливістю рослин: якась червоніє сильно, якась — слабо, а якась не червоніє зовсім. Так, для наших берез процес накопичення антоціанів не характерний, тому їх листя чисто жовтого кольору. В Японії є сорти кленів з надзвичайно яскраво-червоним або, навпаки, жовтим забарвленням листя.

Каротиноїди мають важливу функцію: вони беруть участь у фотосинтезі. Якби рослина вміла використовувати їх повторно, вона б і їх теж забирала і відправляла у запас. Але оскільки немає способу, який дозволяє перенести каротиноїди в коріння, а потім повторно їх використовувати, вони просто залишаються в листі.

З антоціанами все складніше: у них багато різноманітних функцій. Одна з них — екологічна функція взаємодії з іншими живими істотами. Були поставлені експерименти, коли попелицям пропонували червоне і жовте листя, щоб вони відклали на них яйця для зимівлі. Виявилось, що попелиці вибирають жовте листя, а червоне їм не подобається. Мабуть, це пов'язано з тим, що антоціани — це фенольні сполуки, разом з ними ця ж рослина може синтезувати інші, більш отруйні речовини. Коли попелиця бачить, що рослина забарвлена в червоний колір, вона інстинктивно побоюється, що ця рослина отруйна, і вважає за краще летіти на жовте листя.

Є цікаве спостереження: в Європі червоне забарвлення при листопаді рідкісне, а ось якщо поїхати кудись на Далекий Схід, можна побачити багато дерев з яскраво-червоним листям. Під час льодовикового періоду рослини Європи рятувались десь в області Середземномор'я на південь від Альп — гір, що йдуть паралельно широті. Шкідники не встигли перекочувати слідом за рослинами і дуже сильно від них відстали. Тому рослини, «вирвавшись на свободу», перестали їх боятись і накопичувати антоціани, і осінь стала золотою. А на Далекому Сході гори розташовані уздовж меридіанів, тому льодовик поступово наступав і поступово відступав. Тому рослини спочатку відступали зі шкідниками, а потім заселялись назад. І вони були змушені весь час попереджати комах про те, що у них хороший фенольний метаболізм і що можуть синтезуватись якісь отруйні речовини. Це ж стосується американських лісів: там гори також розташовані в меридіональному напрямку, і там теж дуже барвиста, яскрава осінь з червоними тонами.

Накопичення антоціанів — одна з ознак стресу. Навіть ті листки, які не збираються жовтіти, можуть накопичувати помітну кількість антоціанів в стресових умовах. Це може бути посуха, нестача мінерального живлення, надлишок світла, заморозки. Чим яскравіше світить сонце і сухіша осінь, тим більш яскравими будуть червоні фарби. Хвойні дерева теж змінюють забарвлення — ми просто цього не бачимо. У них не руйнується хлорофіл, але холодною зимою листя трохи бронзовіє: на зелений колір накладається невелика кількість червоного пігменту. Це характерно для туї та ялівцю. Повітря навколо хвойних дерев запашне через летючі ізопреноїди, що мають фітонцидний ефект.

Звичайно, через те, що дерева скидають листя, яке потім перегниває на землі, взимку вироблення кисню зменшується, але ми цього не відчуваємо. Перша причина — рухливість атмосфери. Кисень надходить до нас з тропічних областей. Друга — наша здатність адаптуватись до різних концентрацій кисню. Якщо кількість кисню в повітрі змінюється поступово, ми встигаємо адаптуватись і не відчуваємо, що вміст кисню змінився. Але якщо різко піднятись у гори, то буде помітно, що тиск і концентрація кисню змінились.