Чому листя жовтіє і опадає восени: хлорофіл, каротиноїди й антоціани

Улітку листок зелений, бо хлорофіл працює без вихідних

Листок — це фабрика, на якій дерево виробляє собі їжу. Головний робітник на ній — хлорофіл: пігмент, що ловить енергію сонячного світла й використовує її, щоб із вуглекислого газу та води зробити цукри. Хлорофілу в клітинах так багато, що його зелений колір перекриває всі інші пігменти листка.

Є деталь, яка й пояснює осінь: хлорофіл нестійкий. На яскравому світлі він поступово руйнується, і все літо дерево безперервно виробляє новий — тому листок лишається зеленим. Зелений колір — не фарба, нанесена раз і назавжди, а рівновага між руйнуванням і поповненням.

Чому листя жовтіє: каротиноїди були там усе літо

Сигнал до змін дає не перший холод, а календар. Дні коротшають, ночі довшають, температура знижується — і дерево починає згортати виробництво. Хлорофіл і далі руйнується, але нового дерево вже не виробляє. Зелений колір тьмяніє.

Тоді й проявляється те, що було в листку від весни, — каротиноїди. Ці жовті й помаранчеві пігменти містяться в тих самих структурах клітини, що й хлорофіл, просто влітку їх не видно за зеленим. Це ті самі речовини, які забарвлюють моркву, кукурудзу, банани і яєчний жовток. Руйнуються вони повільніше за хлорофіл, тому береза, осика і ясен стоять жовтими й тоді, коли зеленого в листку вже майже не лишилося.

Дерево при цьому не просто «втрачає» зелений. Розбираючи хлорофіл, воно забирає з листка азот — елемент, якого рослинам часто бракує, — і відкладає його про запас у корі та коренях. Навесні цей запас піде на нове листя. Жовтий листок — це листок, із якого вже вивезли найцінніше.

Звідки червоний: антоціани, цукор і сонце

Червоні, багряні й фіолетові відтінки дає інша група пігментів — антоціани. На відміну від каротиноїдів, улітку їх у листку немає: дерево починає виробляти їх наприкінці літа й восени. Ті самі пігменти дають колір журавлині, червоним яблукам, чорниці, вишням і сливам.

Механізм такий. Фосфати, які влітку допомагають листку переробляти цукри, восени разом з іншими поживними речовинами переходять у гілки. Цукри, що лишилися в листку, починають перетворюватися інакше — і на яскравому світлі з них утворюються антоціани. Що більше сонця, то більше пігменту.

Тому червоніють не всі дерева. У помірному поясі антоціани восени виробляє приблизно кожен десятий вид — серед них клени, дуби, вишні. Жовтих значно більше: каротиноїди визначають осінній колір у 15–30% видів дерев.

Три пігменти в одній таблиці

Уся осіння палітра — це три групи речовин, які по-різному поводяться протягом року.

Бурий і коричневий — це вже суміш: залишки хлорофілу та інші пігменти в різних пропорціях. Тому дуби восени здебільшого бурі, а не жовті. А цукровий клен, у якого каротиноїди накладаються на антоціани, виходить яскраво-помаранчевим.

Чому листя опадає: дерево відрізає його саме

Листок опадає не тому, що його зірвав вітер чи побив мороз. Дерево відокремлює його саме, і це запланована операція. Там, де черешок кріпиться до гілки, є особлива зона клітин — відокремлювальний шар. Восени він поступово перекриває судини, якими до листка надходили вода й мінерали, а потім клітини в цьому місці роз’єднуються.

Водночас дерево закриває майбутню рану: під місцем розриву виростає шар коркових клітин, просочений міцними водонепроникними речовинами. Коли листок нарешті падає — від вітру чи від власної ваги, — на гілці лишається акуратний, уже запечатаний листковий рубець.

Керують процесом гормони. Восени рівень ауксину в листку падає, зона відокремлення стає чутливою до іншого гормону — етилену, і той запускає ферменти, що розчиняють клітинні стінки. До речі, абсцизову кислоту колись назвали саме на честь цього процесу (англійською він називається abscission), бо вважали її головним сигналом. Згодом з’ясувалося, що провідної ролі вона тут не відіграє, але назва лишилася.

Навіщо дереву позбуватися листя, яке воно будувало всю весну? Причин кілька:

• Вода. Через широкі листки дерево випаровує воду, а взимку рідкої води в ґрунті обмаль. Без листя втрати різко зменшуються.
• Лід і сніг. Безлисті дерева значно менше ламаються під час ожеледі, сильного вітру й снігопаду.
• Ціна утримання. Ремонтувати листя й тримати його робочим у холоди та за короткого дня може бути дорожче, ніж скинути й навесні виростити нове.

Про те, чому вода, замерзаючи, поводиться не так, як інші речовини, читайте в матеріалі про сім аномалій води.

Чому одна осінь яскрава, а інша бура

Жовтий колір від погоди майже не залежить: каротиноїди в листку є завжди. А от червоний щороку різний, бо антоціанам потрібні цукор і світло.

• Сонячні прохолодні дні й холодні, але не морозні ночі — рецепт найяскравішої осені: цукру в листку багато, світла достатньо.
• Ранній приморозок послаблює червоні барви.
• Посуха пришвидшує руйнування хлорофілу, і листя жовтіє, не чекаючи осені.

У помірному поясі листя змінює колір здебільшого з кінця вересня до початку листопада. Але не всі дерева грають за одними правилами.

Дуб, бук і граб часто стоять із сухим бурим листям усю зиму. У них відокремлювальний шар восени не встигає сформуватися до кінця — наприклад, у болотяного дуба він добудовується аж навесні, — і сухі черешки зрештою ламає вітер. Навіщо це деревам, теж достеменно невідомо: серед версій — захист бруньок від висихання взимку і від оленів, яким гілки із сухим листям смакують менше.

Хвойні обрали іншу стратегію. Сосна, ялина і ялиця не скидають хвою щороку: окрема хвоїнка тримається на гілці від двох до чотирьох років і довше, а опадає хвоя потроху, тож дерево завжди зелене. Виняток — модрина: це хвойне дерево, яке на зиму лишається голим.

Часті питання