Почему листья желтеют и краснеют осенью

Зелёный цвет листа даёт хлорофилл - пигмент, который поглощает свет для фотосинтеза. Осенью он разрушается первым, раньше остальных красок, и лист теряет зелень. Жёлтые и оранжевые тона при этом не рождаются заново: они были в листе всё лето, просто их перекрывал более сильный зелёный. Красные и багровые тона у многих видов связаны с антоцианами, которые могут накапливаться во время осеннего старения листа.

Зелёный держится на равновесии

Летом хлорофилл в листе всё время расходуется и всё время строится заново. Свет постепенно разрушает молекулы пигмента, клетки тут же собирают им замену, и за счёт этого равновесия лист остаётся ровно зелёным. Сборка хлорофилла обходится дереву недёшево: нужны азот, свет и тепло, и работает эта фабрика только пока условия подходящие.

Короткий день и похолодание сбивают равновесие. Дерево реагирует прежде всего на длину светового дня, она укорачивается стабильно из года в год и служит более надёжным сигналом, чем погода, которая скачет. По мере старения листа хлорофилл разрушается, и зелёный цвет постепенно уходит. Сроки зависят от вида дерева и погоды.

Разрушение хлорофилла - не просто уборка. Во время старения листа дерево возвращает часть питательных веществ, в том числе азот из белков фотосинтетического аппарата, в многолетние ткани. Поэтому исчезновение зелени связано с подготовкой к зиме, а не только с переменой окраски.

Жёлтый и оранжевый были там всё лето

Как только зелёный слабеет, проступают каротиноиды - группа пигментов, которая всё лето пряталась под хлорофиллом. Стоят они в тех же зелёных тельцах клетки, что и хлорофилл, и тоже работают на фотосинтез: перехватывают тот свет, который зелёный пигмент упускает, и гасят опасные для клетки формы кислорода. Делятся каротиноиды на две части. Ксантофиллы, в молекуле которых есть кислород, дают чистый жёлтый, а каротины без кислорода - оранжевый и красноватый, те же вещества, что окрашивают морковь. Их смесь и задаёт всю гамму от лимонного до ржаво-оранжевого.

Каротиноиды устойчивее хлорофилла и разрушаются медленнее. Поэтому осенью наступает короткий промежуток, когда зелёного уже почти нет, а жёлтый и оранжевый ещё держатся. Это и есть золотая осень берёз, лип и клёнов. У берёз часто преобладает жёлтая окраска, но оттенок листьев зависит от вида и условий сезона.

Красный лист дерево делает заново

Багрянец работает иначе. Красные и фиолетовые тона дают антоцианы, и у многих деревьев они активно синтезируются осенью. Однако антоцианы могут присутствовать и в молодых или зрелых листьях некоторых растений. Для сборки нужны сахара, которые остаются запертыми в листе, и яркий свет. На холоде отток сахаров из листа может замедляться, а накопление сахаров и свет влияют на образование пигмента. Свет, сахара и прохладные ночи могут влиять на интенсивность окраски, но их действие зависит от вида и состояния листа.

Антоцианы отличаются от каротиноидов и по устройству. Хлорофилл и каротиноиды сидят внутри зелёных телец, а антоцианы растворены в клеточном соке. Их оттенок зависит от кислотности этого сока: в кислой среде пигмент красный, ближе к нейтральной - сиреневый и фиолетовый. Поэтому одно дерево может стоять и алым, и багрово-фиолетовым, а иногда оба тона видны на одном листе.

Зачем лист тратит силы на новую краску перед тем, как опасть, - вопрос спорный. Ведущая версия: антоцианы работают как светофильтр. Осенью фотосинтез уже сворачивается: при снижении способности листа использовать свет даже обычное освещение может оказаться избыточным. Красный пигмент притеняет ткань и, по этой версии, помогает дереву спокойно довытянуть из листа азот перед сбросом. Часть работ такую защитную роль подтверждает, часть находит её слабой, так что единого ответа пока нет. Ясно одно: жёлтый лист свою краску открывает, а красный - создаёт.

Пробковый слой у черешка

Пока лист меняет цвет, у основания черешка - тонкой ножки, которой лист держится за ветку - формируется отделительный слой. Это несколько рядов особых клеток поперёк черешка. Со стороны ветки клетки пропитываются суберином - воскоподобным веществом, которое не пропускает ни воду, ни воздух, и получается плотная пробковая перегородка. Со стороны листа клетки, наоборот, разрыхляются и теряют сцепление друг с другом.

Выходит, дерево заранее отгораживает лист от себя. По этому слою лист отделяется от ветки, а на месте крепления остаётся защитный рубец, который ограничивает потерю воды и проникновение болезнетворных организмов.

Зачем дереву вообще ронять листья

Широкий лист - это большая испаряющая поверхность. Через устьица, микроскопические поры, он постоянно отдаёт воду, и летом это часть нормальной работы. Зимой доступность воды в почве снижается, а широкий лист продолжал бы терять влагу. Листопад помогает дереву уменьшить эту потерю.

Сброс снимает эту угрозу разом. Дерево убирает испаряющую поверхность, закрывает все рубцы пробкой и уходит в покой до весны. Заодно оно не тратит силы на содержание и починку листьев в те месяцы, когда света для фотосинтеза всё равно мало. Хвойные решают ту же задачу иначе: узкая игла с плотной кожицей и восковым налётом испаряет немного, и её выгоднее сохранить не один сезон.