چرا رنگ برگ درختان در پاییز عوض می‏‌شود؟

چرا رنگ برگ درختان در پاییز عوض می‏‌شود؟ زمانی که برگ‏ها سبز هستند به‏ خاطر این است که حاوی مقادیر زیادی کلروفیل هستند. مقدار کلروفیل در یک برگ فعال آنقدر زیاد است که رنگ سبز، رنگ بقیه رنگ‌دانه‏‌ها را می‏‌پوشاند. نور میزان تولید کلروفیل را تنظیم می‏‌کند؛ بنابراین، همان‏طور که روزهای پاییز کوتاه‏‌تر می‏‌شوند، کلروفیل کمتری تولید می‏‌شود. سرعت تجزیه کلروفیل ثابت است؛ بنابراین، رنگ سبز کم‏‌کم از برگ‏‌ها محو می‏‌شود.

در همین حین، افزایش ناگهانی غلظت قند موجب افزایش تولید رنگ‌دانه‏‌های آنتوسیانین می‏‌شود. برگ‏‌هایی که عمدتاً حاوی آنتوسیانین هستند، قرمزرنگ می‏‌شوند. کارتنوئیدها گروه دیگری از رنگ‌دانه‏‌ها هستند که در برخی برگ‏‌ها وجود دارند. تولید کارتنوئید به نور وابسته نیست و به همین دلیل سطح آن‏ها با کوتاه‏‌شدن روز، پایین نمی‏‌آید. کارتنوئیدها به رنگ‏‌های نارنجی، زرد یا قرمز هستند اما اکثر این رنگ‌دانه‏‌ها در برگ‏‌ها، زردرنگ هستند. برگ‏‌هایی که مقادیر زیادی آنتوسیانین و کارتنوئید دارند، نارنجی می‏‌شوند.

برگ‏‌هایی که میزان کارتنوئید آن‏ها زیاد اما مقدار آنتوسیانین‏‌شان کم است یا اصلاً ندارند، زرد می‏‌شوند. در نبود این رنگ‌دانه‏‌ها، سایر مواد شیمیایی گیاه می‏‌توانند بر رنگ برگ تاثیر بگذارند. نمونه‏‌ای از این مواد، تانین‏‌ها هستند که موجب رنگ قهوه‏‌ای در برخی از برگ‏‌های درخت بلوط می‏‌شوند.

دما بر سرعت واکنش‏‌های شیمیایی، از جمله واکنش‏‌های موجود در برگ‏‌ها، و متعاقباً در رنگ برگ‏‌ها اثرگذار است. با وجود این، عمدتاً سطح نور است که موجب رنگ‏‌گیری برگ درختان در پاییز می‏‌شود. روزهای آفتابی پاییز، روشن‏‌ترین رنگ‏‌ها را ایجاد می‏‌کنند زیرا آنتوسیانین به نور احتیاج دارد. روزهای ابری، برگ‏هایی با رنگ‏‌های زرد و قهوه‏‌ای تولید می‏‌کنند.

رنگ‌دانه‌‏های برگ و رنگ‏‌های آن‏ها

بیایید به ساختار و عملکرد رنگ‌دانه‏‌های برگ نگاه دقیق‏‌تری بیاندازیم. همان‏طور که گفتم، رنگ یک برگ به‏ ندرت از یک رنگ‌دانه تکی به وجود می‏‌آید، بلکه حاصل برهم‏‌کنش رنگ‌دانه‏‌های مختلفی است که توسط گیاه تولید می‏‌شوند. گروه‏‌های اصلی رنگ‌دانه که رنگ برگ را به وجود می‏‌آورند عبارتند از پورفیرین‏‌ها، کارتنوئیدها و فلاونوئیدها. رنگی که ما مشاهده می‏‌کنیم، به مقدار و نوع رنگ‌دانه‏‌هایی که حضور دارند بستگی دارد. برهم‏‌کنش‏‌های شیمیایی داخل گیاه، به‏‌خصوص در واکنش به حالت اسیدیته (pH) نیز بر رنگ برگ تاثیر می‏‌گذارند.

پورفیرین‏‌ها ساختار حلقوی دارند. پورفیرین اصلی در برگ‏‌ها، رنگ‌دانه سبزی است که کلروفیل نام دارد. شکل‏های شیمیایی مختلفی از کلروفیل وجود دارد (مانند کلروفیل a و کلروفیل b) که موجب سنتز کربوهیدرات در داخل گیاه می‏‌شوند. کلروفیل در واکنش با نور خورشید تولید می‏‌شود. همان‏طور که فصل‏‌ها عوض می‏‌شوند و مقدار نور خورشید کاهش می‏‌یابد، کلروفیل کمتری تولید و رنگ سبز برگ‏‌ها کمتر می‏‌شود. کلروفیل با سرعت ثابتی، به مواد مرکب کوچک‏‌تری تجزیه می‏‌شود؛ بنابراین، همان‏طور که تولید کلروفیل کندتر یا متوقف می‏‌شود، رنگ سبز برگ نیز به‏ تدریج محو می‏‌شود.

کارتنوئیدها ترپن‏‌های متشکل از زیرواحدهای ایزوپرین هستند. نمونه‏‌هایی از کارتنوئیدهای موجود در برگ‏‌ها شامل لیکوپن (به رنگ قرمز) و گزانتوفیل (به رنگ زرد) می‏‌شوند. گیاه برای تولید کارتنوئیدها به نور احتیاج ندارد؛ بنابراین، این رنگ‌دانه‏‌ها همیشه در یک برگ زنده، وجود دارند. همچنین کارتنوئیدها، در مقایسه با کلروفیل، بسیار آهسته تجزیه می‏شوند.

فلاونوئیدها حاوی زیرواحد دی‏فنیل‏پروپن هستند. نمونه‏‌های فلاونوئیدها عبارتند از فلاون و فلاول به رنگ زرد و آنتوسیانین‏‌ها که بسته به pH، ممکن است قرمز، آبی یا ارغوانی باشند.

آنتوسیانین‏‌ها، مثلاً سیانیدین، نوعی ضدآفتاب طبیعی برای گیاهان فراهم می‏‌کنند. از آنجاکه ساختار مولکولی یک آنتوسیانین شامل قند می‏‌شود، تولید این گروه از رنگ‌دانه‌‏ها به دسترس‏‌پذیری کربوهیدرات‏‌ها در داخل گیاه بستگی دارد. رنگ آنتوسیانین بر اساس pH تغییر می‏‌کند؛ بنابراین، حالت اسیدیته خاک بر رنگ برگ تاثیر می‏‌گذارد. آنتوسیانین در pH کمتر از ۳ قرمز، در pH حدود ۷ تا ۸ بنفش و در pH بیشتر از ۱۱ آبی است. تولید آنتوسیانین نیز به نور احتیاج دارد؛ بنابراین، چند روزِ آفتابیِ متوالی موجب تولید رنگ‏‌های قرمز روشن و ارغوانی می‏‌شود.