Почему листья желтеют осенью и откуда берутся яркие краски

Каждую осень зелёные кроны деревьев постепенно становятся жёлтыми, оранжевыми, красными и багряными. Это не просто результат похолодания, а сложный биологический процесс, помогающий растениям подготовиться к зиме.

Чтобы понять, почему листья желтеют осенью, необходимо разобраться в работе растительных пигментов. Летом зелёный хлорофилл скрывает другие цвета, но с приближением зимы дерево прекращает его постоянно восстанавливать. Зелёная окраска исчезает, и становятся заметны пигменты, которые раньше находились на втором плане.

Зелёный цвет создаёт хлорофилл

В течение весны и лета листья работают как небольшие солнечные электростанции. Они поглощают свет и используют его энергию для создания органических веществ из воды и углекислого газа. Этот процесс называется фотосинтезом.

Главную роль в нём играет хлорофилл — пигмент, поглощающий красную и синюю части солнечного света. Зелёные лучи он преимущественно отражает, поэтому человеческий глаз воспринимает листья именно зелёными.

Молекулы хлорофилла постепенно разрушаются под действием света. Летом дерево непрерывно создаёт новые молекулы, поэтому листья сохраняют насыщенный цвет.

Осенью условия меняются. Световой день сокращается, температура снижается, а приближающаяся зима делает содержание большой кроны невыгодным. Производство нового хлорофилла замедляется, после чего зелёный цвет начинает исчезать.

Жёлтый пигмент присутствовал всё лето

Когда хлорофилла становится меньше, в листьях проявляются жёлтые и оранжевые каротиноиды. Эти пигменты находились там ещё весной и летом, но были почти незаметны под преобладающим зелёным цветом.

К каротиноидам относятся жёлтые ксантофиллы и оранжевый каротин. Подобные вещества придают характерную окраску моркови, кукурузе, тыкве и яичному желтку.

В живом листе каротиноиды не только создают цвет. Они участвуют в поглощении света и защищают клетки от повреждений, которые могут возникнуть во время фотосинтеза.

Хлорофилл разрушается быстрее каротиноидов. Поэтому после исчезновения зелёной окраски лист становится жёлтым или оранжевым. Можно сказать, что значительная часть осенних красок не появляется внезапно, а просто становится видимой.

Красные оттенки образуются иначе

Красная и пурпурная окраска связана преимущественно с антоцианами. В отличие от жёлтых каротиноидов, эти пигменты у многих растений активно образуются в листьях ближе к концу лета или осенью.

Перед листопадом перемещение веществ между листом и веткой постепенно ограничивается. В листовой пластинке могут накапливаться сахара. При ярком солнечном свете из них образуются антоцианы, окрашивающие листья в красные, малиновые и фиолетовые оттенки.

Особенно заметно это у некоторых видов клёна, дуба, рябины и кустарников. Однако способность вырабатывать антоцианы различается у разных растений, поэтому не каждое дерево осенью становится красным.

Учёные предполагают, что антоцианы защищают стареющий лист от избытка света. Такая защита может дать дереву дополнительное время для извлечения из него полезных веществ. Точное биологическое назначение яркой красной окраски продолжает изучаться.

Дерево забирает из листьев ценные вещества

Листопад не означает, что растение просто выбрасывает листву. Перед этим дерево старается вернуть часть содержащихся в ней полезных соединений.

Хлорофилл включает азот и другие необходимые элементы. При разрушении пигмента растение переносит доступные вещества из листьев в ветви, ствол и корни. Там они сохраняются до следующего сезона и используются для образования новых побегов.

Поэтому осенняя смена цвета является видимым признаком более сложного процесса старения листа. Зелёный пигмент распадается, питательные вещества перемещаются, а работа фотосинтеза постепенно прекращается.

Продолжительность ночи запускает подготовку к зиме

Многие считают, что листья начинают желтеть только из-за холода. Температура действительно влияет на скорость и яркость процесса, но одним из самых надёжных сигналов для дерева становится увеличение продолжительности ночи.

Длина светового дня ежегодно меняется по предсказуемому графику. Она позволяет растению начать подготовку к зиме ещё до наступления сильных морозов.

Сокращение дня влияет на выработку растительных гормонов и обмен веществ. Производство хлорофилла уменьшается, между черешком листа и веткой начинает формироваться отделительный слой.

Поскольку продолжительность дня зависит от географической широты, осенняя окраска появляется в разных регионах неодновременно. На севере этот процесс обычно начинается раньше, чем на юге.

Погода определяет яркость осенней листвы

Цвет деревьев меняется каждый год немного по-разному. Наиболее яркие красные оттенки часто появляются после солнечных дней и прохладных ночей, если температура остаётся выше точки замерзания.

Солнечный свет способствует образованию антоцианов, а прохлада замедляет перемещение сахаров из листьев. В результате красный пигмент накапливается активнее.

Сильная засуха может привести к преждевременному высыханию и опаданию листвы. Продолжительная пасмурная погода часто делает окраску менее выразительной, а ранний мороз повреждает листья до того, как они успевают приобрести яркий цвет.

На внешний вид осеннего леса влияют:

• температура воздуха;
• количество солнечных дней;
• влажность почвы;
• летняя засуха;
• ранние заморозки;
• ветер и сильные дожди;
• состояние и вид деревьев.

Поэтому одинаковые леса в разные годы могут выглядеть совершенно по-разному.

Коричневый цвет появляется в конце процесса

После жёлтой, оранжевой или красной стадии листья постепенно становятся коричневыми. К этому времени разрушается большая часть ярких пигментов, клетки отмирают, а заметными становятся дубильные вещества и продукты химического распада.

У некоторых деревьев сухие коричневые листья остаются на ветках значительную часть зимы. Особенно часто это можно увидеть у молодых буков и дубов.

Коричневая окраска также может появиться раньше обычного из-за засухи, болезней, повреждения корней или слишком высокой температуры. В таком случае речь идёт не о нормальной осенней смене цвета, а о реакции растения на неблагоприятные условия.

Лист отделяется от ветки не случайно

Одновременно с изменением цвета у основания черешка формируется особый отделительный слой. Связь листа с веткой постепенно ослабевает, а поступление воды и питательных веществ прекращается.

В конце концов лист удерживается лишь несколькими тканями. Порыва ветра или собственного веса оказывается достаточно, чтобы он упал.

На месте отделения дерево создаёт защитный слой, закрывающий повреждённый участок. Он уменьшает потерю воды и препятствует проникновению микроорганизмов.

Сбрасывание листвы помогает пережить холодный сезон. Зимой корни получают меньше воды, а замёрзшая почва затрудняет её поступление. Если бы большая крона сохранилась, дерево продолжало бы терять влагу через листья. Кроме того, на лиственных ветвях накапливалось бы больше тяжёлого снега.

Хвойные деревья тоже меняют иголки

Сосны, ели и пихты остаются зелёными зимой, но это не означает, что их хвоя никогда не опадает. Старые иголки также желтеют и заменяются новыми, только происходит это постепенно.

Хвоя покрыта плотным восковым слоем, уменьшающим испарение воды. Её небольшая площадь и защищённые устьица помогают растению переносить холод и недостаток влаги.

Некоторые хвойные являются исключением. Лиственница, метасеквойя и болотный кипарис осенью меняют цвет и полностью сбрасывают хвою.

Осенняя окраска помогает дереву пережить зиму

Пожелтение листьев — не болезнь дерева, а часть его нормального жизненного цикла. Растение прекращает поддерживать фотосинтез, разбирает ненужные клеточные структуры и сохраняет ценные вещества до весны.

Жёлтые каротиноиды присутствовали в листве всё лето, красные антоцианы у многих видов образовались ближе к осени, а зелёный хлорофилл перестал скрывать остальные оттенки.

Именно сочетание растительных пигментов, продолжительности ночи, температуры и солнечного света создаёт ежегодное осеннее преображение лесов.