Яркие цвета осенних листьев — один из самых любимых признаков смены времен года. Но почему зеленые листья становятся желтыми, оранжевыми, красными и фиолетовыми перед тем, как опасть с лиственных деревьев осенью? Изменение цвета листьев является результатом различных пигментов, которые существуют в листьях, и изменений, которые происходят с приближением зимы.
Весной и летом листья выглядят зелеными, потому что они содержат большое количество пигмента хлорофилла. Хлорофилл необходим для фотосинтеза, процесса, который растения используют для преобразования солнечного света в пищу. Хлорофилл поглощает синий и красный свет от солнца и отражает зеленый свет, заставляя листья выглядеть зелеными.
| Пигмент | Поглощенный цвет | Отраженный цвет |
|---|---|---|
| Хлорофилл | Синий, красный | Зеленый |
С приближением осени лиственные деревья, такие как клен, дуб, осина и береза, начинают готовиться к зимнему покою. Количество хлорофилла начинает уменьшаться в листьях. При меньшем количестве хлорофилла зеленый цвет начинает блекнуть, а другие пигменты, которые были замаскированы хлорофиллом, начинают проявляться.
Более низкие температуры и меньшее количество световых часов осенью дают сигнал деревьям прекратить выработку хлорофилла. Хлорофилл в листьях распадается быстрее, чем может быть восстановлен. Деревья также повторно поглощают питательные вещества, такие как азот, из листьев и переносят их в ветви, побеги и корни для зимнего хранения. В результате у листьев меньше доступного сырья для выработки большего количества хлорофилла.
По мере того, как зеленый цвет увядает, становятся видны желтые и оранжевые пигменты, называемые каротиноидами. Каротиноиды присутствуют вместе с хлорофиллом в листьях круглый год, но хлорофилл перекрывает желтые и оранжевые оттенки. Ксантофиллы и каротины — два основных типа каротиноидов.
Ксантофиллы придают листьям желтый цвет. Они поглощают синий и зеленый свет и отражают желтый и оранжевый. Листья обычных листовых деревьев, таких как осина, береза, тополь и вяз, приобретают яркие золотистые цвета благодаря высокому содержанию ксантофиллов.
Каротины создают больше оранжевых оттенков, когда хлорофилла нет. Они поглощают синий и зеленый свет и передают цвета в желто-оранжевом спектре. Такие деревья, как клен и эвкалипт, имеют больше оранжевых листьев, потому что они содержат большое количество каротинов.
| Пигмент | Поглощенный цвет | Отраженный цвет |
|---|---|---|
| Ксантофиллы | Синий, зеленый | Желтый, оранжевый |
| Каротины | Синий, зеленый | Оранжевый |
В то время как каротиноиды, не замаскированные хлорофиллом, создают желтые и оранжевые цвета, красные и пурпурные цвета осенних листьев производятся пигментами антоцианами. Антоцианы образуются с наступлением осени и не присутствуют в листьях круглый год, как каротиноиды.
Антоцианы развиваются в листьях в конце лета и достигают пика в начале-середине осени. Они действуют как солнцезащитный крем, блокируя вредное солнечное излучение и защищая клетки листьев, поскольку питательные вещества отступают во время старения. Выработка антоцианов зависит от количества сахаров, удерживаемых листьями, поскольку фотосинтез замедляется.
Листья красного клена и кизила становятся ярко-красными, потому что они накапливают большое количество антоцианов. Другие деревья и кустарники, такие как сумах, виргинский плющ и черный тупело, также могут иметь красные листья.
Фиолетовые листья получаются, когда антоцианы соединяются с все еще присутствующими желтыми каротиноидами. Красный клен может иметь захватывающие дух пурпурные листья, в то время как японские сорта клена ценятся за блестящую малиновую листву.
| Пигмент | Поглощенный цвет | Отраженный цвет |
|---|---|---|
| Антоцианы | Зеленый, желтый | Красный, фиолетовый |
Пиковая осенняя окраска зависит от географического положения и вида дерева. На больших высотах листья меняют цвет раньше, потому что более низкие температуры ускоряют окончание выработки хлорофилла.
Один и тот же вид дерева может иметь разные цвета в зависимости от климатических условий. Например, красные клены дают ярко-красные цвета в солнечном, сухом климате и более тусклые оранжево-красные в более влажных районах.
Деревья, которые окрашиваются позже осенью, имеют физические адаптации для защиты листьев от раннего заморозка. Деревья кислицы имеют восковой налет, который устойчив к замораживанию. Листья тюльпанового тополя имеют водопроводящие клетки, которые предотвращают повреждение морозом.
Некоторые рано меняющие цвет деревья — это неместные деревья, которые не приспособлены к длительному сохранению своих листьев. Груша Брэдфорда и серебристый клен являются примерами деревьев, которые меняют цвет раньше большинства местных видов.
После демонстрации осенней листвы листья в конечном итоге умирают и опадают с лиственных деревьев. Широколиственные деревья сбрасывают листья в качестве адаптации, чтобы выдерживать холодную зимнюю погоду.
Осенью жилки, которые транспортируют воду и питательные вещества к листьям и от них, постепенно закрываются. Этот процесс запускается теми же экологическими сигналами, которые вызывают разрушение хлорофилла.
В основании каждого стебля листа, где он прикрепляется к веткам, развивается особый слой клеток. Эти клетки ослабляют крепление стебля листа к ветке, поэтому листья могут отсоединиться и упасть.
Опавшие листья на лесной подстилке возвращают питательные вещества в почву по мере разложения. Это обогащает почву для будущего роста деревьев после зимнего покоя.
Различные виды лиственных деревьев имеют характерную осеннюю листву, основанную на их сочетании пигментов и стратегиях адаптации.
Клены содержат большое количество всех основных осенних пигментов. Они могут демонстрировать выдающийся диапазон желтых, оранжевых, красных и фиолетовых оттенков. Красные клены и сахарные клены славятся яркими осенними красками, особенно в районах с солнечной осенней погодой.
Высокое содержание танинов в дубах приводит к более приглушенным осенним цветам в бронзовом, красно-коричневом и ржавом диапазоне. Но дубы пин и алый дуб могут иметь ярко-красные листья. Белые дубы становятся пурпурно-красными, а черные дубы становятся оранжево-коричневыми.
Осины славятся ярко-желтым осенним цветом, потому что они содержат лютеин, желтый пигмент ксантофилл. Осины трясущиеся буквально дрожат на ветру из-за своих плоских, гибких листьев, расположенных на длинных черешках. Порхающие движения могут помочь отпугнуть насекомых.
Листва березы осенью становится в основном золотисто-желтой, но может включать немного оранжевого. Такие виды деревьев, как бумажная береза, речная береза и желтая береза, способствуют созданию красивых золотых образов в парках и лесах.
Листья кизила отличаются глубокими бордовыми и пурпурно-красными оттенками. Два вида с востока США, Cornus florida (цветущий кизил) и Cornus sericea (красный ивовый кизил), особенно ценятся за малиновую и пурпурную листву.
Великолепие осенних листьев является результатом взаимодействия цвета и химии в природе. По мере того, как весна и лето увядают, зеленая маска хлорофилла отступает от листьев, открывая желтые, оранжевые, красные и пурпурные цвета, которые добавляют такую красоту осеннему пейзажу. Понимание науки, лежащей в основе сезонных цветовых преобразований, усиливает нашу связь с циклами жизни на Земле.