Осень яркая, красивая, можно сказать «в багрец и золото одетые леса». Поэты, наверное, не задумывались, почему желтеют и краснеют листья на деревьях. А вот ученые пробовали это объяснить. Теорий несколько, но природа настолько загадочна, что тайны остаются.
Без хлорофилла нет листьев зеленых
Итак, самое простое объяснение, известное из школьной программы, выглядит примерно так: листья осенью, когда день становится коротким и понижается температура, перестают вырабатывать зеленый пигмент хлорофилл, желтеют и опадают. Все, казалось бы, понятно. Но почему, если понизить температуру до тех же 10 градусов Цельсия летом, листья не опадают? Имеет ли температура решающее значение в изменении цвета листьев? Почему листья окрашены в различные яркие цвета?
На самом деле, каждый маленький новый листочек, рожденный на березе или клене весной, уже тогда готовится к своей гибели. В основании листика существует разделительный (или «отрезающий») слой клеток, образующих капилляры, через которые поступает вода для фотосинтеза хлорофилла и через которые питательная глюкоза, которую лист вырабатывает из воды и двуокиси углерода под влиянием солнечного света, поступает в ветви и ствол. Природа так устроила, что эти каналы должны непременно перекрыться с наступлением осени. Образуется пробка, препятствующая обмену веществ лист-ствол. Это, можно сказать, процесс «на генетическом уровне», наверное, это подобно тому, как стареет человек – с возрастом обмен веществ становится все хуже. Каналы в листе перекрываются тоже постепенно. Без воды хлорофилл вырабатываться уже не может, окраска листа меняется.
Как показали недавние исследования, за осенний парад жёлтого и золотого, следующий за исчезновением зелёного хлорофилла, отвечает всего один белок — протеаза. Белок FtsH6 относится к семейству протеаз FtsH, способных расщеплять белок мембраны хлоропластов – светопринимающий комплекс фотосистемы II (LHC II), самый распространённый мембранный белок на земле. Как только этот структурный белок расщепляется, ранее незаметные пигменты – жёлтый ксантофилл и оранжевый каротин В — становятся видимыми.
Солнечной осенью много листьев красных
В некоторых статьях, объясняющих цвет листьев осенью, на этом собственно и заканчивается объяснение окраски листьев. Говорят, что по мере потери зеленого пигмента хлорофилла становятся заметными другие пигменты (красные, желтые и т.д.), всегда присутствующие в листьях.
Это не совсем так. Если желтый и оранжевый пигменты, так называемые ксантофиллы и каротины, присутствуют в листе все лето, то пигменты красного цвета, антоцианы, образуется в некоторых листьях только с приходом осени. Антоцианы – это мощные антиоксиданты, которые присущи многим известным овощам и фруктам, таким как свекла, красные яблоки, красный виноград. Кстати, они разрешены в качестве пищевых добавок (E163). Большое значение в синтезе антоциана имеет солнечный свет. Вы замечали, что чем осенние дни яснее, тем листья ярче?
Как образуются антоцианы? Их образование зависит от расщепления сахаров в присутствии яркого света при понижении уровня фосфата в листьях. Летом фосфата в листьях довольно много, он нужен для расщепления сахаров, производимых хлорофиллом. Однако осенью фосфат, как и другие питательные вещества, перемещается из листьев в ствол растения. При этом изменяется процесс расщепления сахаров, что приводит к образованию антоциановых пигментов. Чем ярче свет в это время, тем больше производится антоцианов и тем более красивым получается цвет листьев. Поэтому, когда осенью солнечно и прохладно, а ночи холодные, но без заморозков, расцветка листьев обычно наиболее красочная.
Зачем же дереву красный лист?
Как известно все в природе имеет смысл. В чем же смысл того, что дерево тратит энергию на образование красного антоциана, если листья все равно должны скоро облететь? И да, людям не стоит обольщаться, что это только для того, чтобы доставить нам удовольствие от созерцания феерии осенних красок.
Полностью загадка не разгадана. Существует несколько гипотез.
Первая в том, что, образуя антиоксиданты, растения пытаются хоть немного продлить жизнь осеннего листа. Красные пигменты понижают температуру замерзания жидкостей в листе и помогают растению защититься от холода. Согласно теории фотозащиты, антоцианы защищают лист от вредного воздействия света при низких температурах, в присутствии антоцианов дереву удаётся усваивать питательные вещества (особенно азот) более эффективно. Чем дольше сохраняются листья, тем больше питания накапливается на зиму.
Согласно теории коэволюции, цвета – предупреждающие сигналы для насекомых, которые используют деревья как убежища на зиму. Насекомые могут избегать красных листьев и увеличивать свою приспособленность, а дерево в то же время получает преимущество, потому что понижается количество паразитов. Это было показано на примере яблони. У некоторых сельскохозяйственных сортов яблонь листья не окрашиваются осенью в красный цвет. Тля избегает яблонь с красными листьями, однако, активно растёт и размножается на деревьях, листья которых остаются зелеными.
Ярко-красный цвет листьев некоторых ягодных растений (черноплодной рябины, например) помогает привлечь птиц осенью и тем самым подкормить их.
Существует также теория аллелопатии. Аллелопатией называют свойство растений выделить органические соединения, которые тормозят развитие других растений. Американский биолог Френк Фрай выдвинул гипотезу, согласно которой деревья с большой концентрацией антоцианов в листьях отравляют почву под собой для других видов растений. Он провёл эксперимент, в котором обливал ростки сорняков экстрактом из жёлтых, зелёных и красных листьев. Семена, которые были политы экстрактом из красных листьев клёна, развивались существенно хуже.
Исследования продолжаются, и появляются новые теории, пытающиеся объяснить эту чудесную осеннюю загадку красного листа…
Источник: temperatures