Какие краски спрятаны внутри зеленого листа
Все лето лист кажется сплошным зеленым ковром благодаря гигантскому количеству хлорофилла. Это особое белковое вещество улавливает солнечные лучи и запускает фотосинтез, превращая воду и углекислый газ в глюкозу. Молекула хлорофилла устроена сложно и требует постоянного тепла и яркого освещения. Растение вырабатывает ее непрерывно, восполняя естественный распад молекул под прямым солнцем.
Кроме хлорофилла в клетках растения всегда присутствуют другие красящие соединения, называемые пигментами. Летом зеленая окраска полностью перекрывает остальные тона благодаря высокой концентрации хлорофилла. Основную палитру составляют три группы пигментов.
- Каротиноиды придают тканям насыщенный желтый, золотистый и оранжевый цвет. Тот же самый пигмент окрашивает морковь, бананы и яичный желток. К ним относятся оранжевый каротин и желтый ксантофилл. Они помогают хлорофиллу поглощать свет и сохраняются в клетках листа гораздо дольше.
- Антоцианы создают алую, пурпурную, бордовую и фиолетовую гамму. Летом в большинстве листьев их нет совсем. Дерево производит эти вещества в конце сезона из накопленных сахаров.
- Танины дают бурый и темно-коричневый оттенок. Это дубильные вещества, которые остаются в клеточных стенках после полного распада всех остальных пигментов. Их очень много в коре и листве дуба.
Что запускает осенний механизм смены цвета
Главным сигналом к началу изменений служит астрономический календарь. Длина светового дня начинает заметно сокращаться уже с конца лета. Деревья улавливают этот сигнал особыми рецепторами задолго до наступления настоящих морозов. Снижение среднесуточной температуры воздуха ускоряет запущенные биологические часы.
В месте прикрепления черешка к ветке запускается образование пробкового разделительного слоя. Клетки в этой зоне начинают делиться и постепенно перекрывают проводящие каналы. Поступление воды и минеральных солей из почвы в крону замедляется, а затем прекращается полностью. Без воды и яркого солнца выработка свежего хлорофилла останавливается.
Оставшийся в клетках хлорофилл стремительно распадается под воздействием остаточного света. За несколько дней зеленый цвет тускнеет и растворяется. В этот момент на первый план выходят каротиноиды. Листва берез, лип, тополей и ясеней буквально за неделю вспыхивает чистым желтым и золотым пламенем.
Откуда берутся пурпурные и багряные кроны
Клены, дикий виноград, рябины и осины осенью радуют не желтым, а багряным убранством. Появление красных оттенков требует от дерева активных химических усилий прямо перед листопадом. Когда сосуды перекрываются пробкой, отток сахаров из листовой пластины блокируется. Внутри клеток концентрируется большое количество глюкозы.
При сочетании яркого дневного солнца и холодных ночей без заморозков запускается экстренная выработка антоцианов. Дерево тратит на это энергию ради важной задачи. Антоцианы работают как солнцезащитный экран и мощный растительный антиоксидант. Пока хлорофилл гибнет, лист остается уязвимым для ультрафиолета. Красный щит защищает клетки листа, позволяя дереву спокойно извлечь из них ценные азот, фосфор и калий и перекачать их глубже в ствол и корни до зимы.
Как ученые открыли растительные пигменты
Тайну скрытых пигментов экспериментально доказал русский ботаник Михаил Цвет в Варшавском университете в 1900–1903 годах. Он создал метод хроматографии, который сегодня используют лаборатории всего мира. Ученый измельчил зеленые листья, залил их спиртом и пропустил полученную зеленую вытяжку через стеклянную трубку, заполненную порошком мела.
Разные пигменты оседали на частицах мела с разной скоростью. В результате зеленый раствор разделился на четкие разноцветные кольца внутри трубки. Михаил Цвет увидел отдельные зеленые полосы двух видов хлорофилла, ярко-желтый слой ксантофилла и оранжевую полосу каротина. Этот классический опыт наглядно доказал наличие желтых красителей в зеленой ткани.
Почему деревья вообще избавляются от листьев
Осенний карнавал заканчивается сбросом листвы. Для деревьев умеренных широт это единственный способ пережить зиму. Широкая листовая пластинка непрерывно испаряет влагу через устьица. Зимой почва промерзает, превращая воду в твердый лед. Корневая система в холодной земле впадает в покой и физически не способна качать ледяную жидкость наверх.
Оставшись зимой с листьями, дерево мгновенно засохло бы от физиологической засухи. Вторая угроза кроется в механической нагрузке. Мокрый снег легко налипает на ветви с листвой, и под тяжестью сотен килограммов снежной массы массивные ветки и стволы просто сломались бы. Наконец, сбрасывая листву, дерево очищается от балласта и вредных продуктов обмена, накопленных за вегетационный сезон.
Частые вопросы
Почему сосны и ели остаются зелеными круглый год?
Хвоинки представляют собой видоизмененные листья с очень узкой поверхностью. Они покрыты толстым слоем растительного воска кутикулы, их устьица утоплены глубоко в поры, а клеточный сок содержит смолу и сахар. Такая форма теряет минимум влаги зимой. Хлорофилл в хвоинках устойчив к холоду, поэтому дерево обновляет хвою постепенно раз в несколько лет.
Почему листья дуба чаще всего коричневые, а не желтые?
В листьях дуба содержится огромное количество дубильных веществ — танинов. При постепенном разрушении хлорофилла и каротиноидов окисляющиеся танины быстро подавляют слабый желтый пигмент. По этой причине листва дуба переходит сразу в бронзовые, охристые и темно-бурые тона.
Могут ли листья пожелтеть летом?
Да, пожелтение случается при сильной засухе, повреждении корней вредителями или нехватке минерального питания в почве. При дефиците азота или железа растение не может синтезировать хлорофилл, ткани бледнеют, и лист преждевременно стареет ради экономии ресурсов для верхушечных побегов.
Почему ветки одного и того же дерева желтеют неравномерно?
Верхушка и внешняя сторона кроны получают максимум прямых солнечных лучей и сильнее страдают от ночного перепада температур. На них хлорофилл выгорает быстрее. Листья внутри кроны и снизу затенены, там сохраняется свой микроклимат с чуть более высокой влажностью, поэтому зеленый пигмент живет дольше.