Отчего краснеет дерево: биохимик объяснила осенние химические превращения листвы
Биохимик рассказала, что заставляет листья краснеть или желтеть
Почему деревья меняют свой летний зеленый наряд на ярко-красный или желтый перед осенним листопадом, какие таинственные превращения происходят в листьях при этом, рассказала доцент кафедры «Химия и биотехнология» Пермского политехнического государственного университета, кандидат технических наук Ирина Пермякова.
«.. Люблю я пышное природы увяданье, в багрец и золото одетые леса», – писал Александр Сергеевич. Но почему, собственно, увядая, перед тем, как распрощаться с нами, листва на деревьях меняет свой цвет, привычная зеленая крона приобретает желтые, оранжевые и красные, а иногда даже фиолетовые оттенки?
Главная причина – внешние сигналы. Самый вроде бы очевидный из них – температура воздуха. «Деревьям не хватает тепла, – рассуждают многие, – вот они и перекрашиваются».
– Однако смена окраски – это не пассивный процесс, связанный с наступлением осени и завершением жизненного цикла листвы, а активный, – объясняет Пермякова, – и запускается он самостоятельно и целенаправленно не только от погоды, но и от наследственных свойств того или иного дерева.
Справка «МК». У каких лиственных растений осенью не желтеют листья.
У сирени, ольхи и ряда других растений, нет других природных красителей, кроме хлорофилла, поэтому хлорофилл в них не разрушается даже с приходом осени, иначе листья были бы белыми.
Химия растительного «светофора»
Разберемся поподробней с химией осенней смены пигментации внутри листовой пластинки, – почему одни красители осенью замещают другие? Оказывается, яркие краски осени это, по сути, последний шанс дерева подпитаться перед длительной зимовкой полезными веществами.
У листьев, по словам Пермяковой, есть три основных пигмента. Первый и самый активный – хлорофилл, придающий листьям зелёный цвет и участвующий в фотосинтезе (под действием солнечного света он запускает производство питательных элементов для растения).
Ко второму пигменту относятся антоцианы, дающие красные, фиолетовые и синие оттенки. Летом их почти нет, они часто синтезируются у некоторых растений, таких, как клен, рябина, осина или черёмуха, именно осенью, причем иногда в большом количестве. На их активность влияет яркий свет и ощутимое похолодание.
– Если осень тёплая и пасмурная, цвет выражен слабее, а если холодные ночи чередуются с солнечными днями, – листва становится особенно яркой, – дополняет Ирина Пермякова.
Антоцианы образуются из-за накапливающейся в листьях глюкозы, именно она служит сигналом для создания этих пигментов и строительным материалом для них. По словам Пермяковой, антоцианы работают как светофильтр, поглощая избыточную световую энергию и защищая клетки листьев от повреждений. Как именно? Они нейтрализуют агрессивные молекулы кислорода, которые могут образовываться от яркого света и преждевременно расщеплять белки с азотом и фосфором, которые еще имеются в стареющей листве и очень нужны дереву. Получается, что за счет красного пигмента они успевают усвоиться им, постепенно переходя из листьев в ветки и ствол.
Перейдем к третьему типу пигментов – каротиноидам, которые дают оранжевые каротины и жёлтые ксантофиллы в тех видах растений, которые не выделяют красный пигмент.
– Желтоватая окраска чаще всего встречается у берёзы, липы, тополя, ясеня, вяза и ивы, – делится эксперт ПНИПУ. – Эти природные красители, в отличие от антоцианов, присутствует в листьях все лето, – мы не видим их в жаркое время года только потому, что их хорошо маскирует зеленый хлорофилл.
По мере разрушения же этого «главного пигмента», каротиноиды помогают листьям улавливать более широкий диапазон видимого спектра солнечного излучения, и, также, как и антоцианы, защищают клетки листвы от повреждений, связанных с окислительной реакцией.
Перемены, но не у всех
Разберем более детально, как запускается механизм изменения цвета в листьях.
По словам Ирины Пермяковой, главный сигнал для этого – сокращение светового дня. К слову, в 2026 году световой день начал убывать 22 июня, сразу после дня летнего солнцестояние, который пришелся на 21 июня.
Растение улавливает этот сигнал с помощью светочувствительных белков фитохромов и криптохромов и начинает медленно перестраивать свои внутренние биологические часы.
А когда наступает пора похолодания, запускается особая реакция, направленная на запуск программы увядания листвы. Это проявляется в том, что оболочки клеток становятся жёстче, в них повышается уровень кальция, а специальные белки-рецепторы передают сигнал внутрь, меняя гормональный фон растения. Уровень соединения ауксина, – растительного гормона роста, снижается, а содержание газообразного фитогормона этилена и абсцизовой кислоты растёт. Два последних вещества инициируют старение тканей и включают программу увядания и расщепления молекул хлорофилла.
Однако не у всех растений меняется цвет листьев. Например, у ели, сосны и пихты, чьи листья превратились в узкие иголки, покрытые толстым восковым слоем и плотной кожицей, зелёный хлорофилл сохраняется круглый год, и осенью дерево не меняет цвет. Хвоинки у этих деревьев живут несколько лет, опадая постепенно, по одной, поэтому дерево никогда не остаётся голым.
Что касается всех лиственных деревьев, их увядание, по словам эксперта, происходит следующим образом. Сначала в ветви, стебель и корни переносятся азот, фосфор, калий и магний, необходимые дереву для зимовки. Затем у основания черешка формируется особый отделительный слой из клеток с ослабленными стенками. Вышеупомянутый этилен и абсцизовая кислота размягчает этот слой, и лист отрывается.
— То есть, листья живут до тех пор, пока могут участвовать в обмене веществ, – говорит Ирина Пермякова. – Но они сохраняют свою ценность и после опадания, обогащая почву органикой и минералами.
Справка «МК». Что происходит с листвой, если осень не наступает.
Если для северных широт осень — это сигнал природе экономить силы, и деревья сбрасывают листья, чтобы не тратить энергию на фотосинтез, когда солнца становится мало из-за коротких дней, то в экваториальные странах лето не прекращается никогда. В Центральной Африке, Индонезии, Эквадоре, Бразилии, где нет сезонных перепадов света и температуры, тропические леса постоянно остаются густыми и зелёными. Листопад там происходит незаметно, листья, срок жизни которых может длиться по нескольку лет, опадают по одному.
