Красный, желтый, оранжевый: почему осенью листья меняют цвет?
О наступлении осени свидетельствует активный листопад из желтых, красных и оранжевых листьев. Однако почему они меняют цвет? Рассказываем подробнее.
Как растения понимают, что пора менять цвет
В лесах умеренного и бореального поясов деревья и кустарники, сбрасывающие листья, называются листопадными. К ним ученые относят, например, осины, тополь, клены и дубы. С другой стороны находятся растения, не сбрасывающие листву, — например, сосны, ели, кедры и пихты — хвойные (вечнозеленые) растения.
Деревья обоих видов воспринимают сигналы из окружающей среды, которые подсказывают им, когда пора начинать готовиться к зиме. С наступлением осени погода меняется: становится прохладнее, и сокращается продолжительность светового дня. Солнечного света становится меньше, чтобы растения получали его с помощью хлорофилла, содержащегося в листьях, поэтому лиственные деревья начинают сокращать усилия, вложенные в поддержание жизни.
Деревья производят кислород для нас и энергию для себя, а без солнечного света они перестают это делать. К моменту наступления первых заморозков они находятся в состоянии сна. Хотя хлорофилл считается наиболее распространенным пигментом, с помощью которого растения собирают свет, они часто имеют и множество вторичных пигментов. Когда хлорофилл в листьях начинает исчезать, эти пигменты становятся видны. Именно их мы и наблюдаем во время пика листопада.
Как пигменты меняют цвет листьев
Красные и пурпурные оттенки обусловлены вторичными пигментами — антоцианами, а каротиноиды и ксантофиллы дают оранжевый и желтый цвета соответственно. В пределах одной группы у разных видов сформировался свой набор пигментов. Например, листья красных кленов становятся осенью ярко-алыми, а листья черных — желтыми.
Пигменты служат важной цели. Деревья — автотрофы, то есть они сами добывают себе пищу путем фотосинтеза, а листья позволяют дереву питаться светом. Наличие пигментов, направленных на различные длины волн света, помогает растениям получать больше энергии в процессе фотосинтеза. Вложение сил в такое количество пигментов стоит дорого, поэтому не все деревья придерживаются этой стратегии. Но те, кто ее применяет, часто отличаются быстрым ростом.
Время смены цвета частично диктуется и генетикой. В одном из исследований ученые обнаружили, что десятки тысяч генов по-разному экспрессируются в период смены цвета. Некоторые виды, например, оксидендрум (Oxydendrum arboreum), начинают менять цвет уже в конце лета, а дубы часто сбрасывают листья задолго до того, как оголяются другие растения. Ученые также заметили, что представители одного и того же вида, живущие на одной широте, меняют цвет в одно и то же время, независимо от высоты над уровнем моря. А деревья, живущие на более высоких и холодных высотах, меняются первыми из-за более низких температур.
Но даже в голом состоянии деревья продолжают оказывать ценные услуги экосистемам: они блокируют порывы ветра и служат важной средой обитания для птиц. Тем временем опавшие листья разрушаются в почве и снабжают ее питательными веществами.
Ежегодное сбрасывание листьев помогает формировать почву — мульчу, — которая зимой покрывает корни деревьев, сохраняя их в тепле.
