Яркие краски осенних листьев радуют глаз и поднимают настроение. Но мало кто задумывается, почему листья меняют свой цвет перед тем, как опасть.
Как деревья добывают питательные вещества
Деревья, в отличие от животных, не могут перемещаться в поисках пищи. Вся их "столовая" находится в почве под корнями. Чтобы доставить питательные вещества из почвы в листья, деревьям приходится прилагать немало усилий.
Основные элементы, необходимые растениям для роста и развития - это азот и фосфор. Азот поступает в почву вместе с дождем и снегом, а также при разложении опавшей листвы прошлых лет. Фосфор вымывается из горных пород и оказывается доступным для корней.
На следующем этапе в дело вступают листья деревьев. В процессе фотосинтеза они используют энергию солнца, чтобы превратить углекислый газ и воду в органические вещества - сахара и крахмал. Эти вещества являются источником энергии для растения и строительным материалом для роста. Попутно в листьях синтезируются белки и другие необходимые соединения.
Листья - это настоящие фабрики по производству органики для дерева. Именно благодаря их работе растения могут расти и плодоносить из года в год.
Если представить, что все питательные вещества, накопленные в листьях за лето, просто теряются осенью вместе с опавшей листвой, то становится понятно, почему деревья не могут себе этого позволить. Даже 30-50% потерь фосфора и азота сильно сказываются на росте и развитии растения в следующем году.
Механизм смены зеленого цвета на осенние тона
Почему листья меняют цвет осенью? Причины кроются в изменении температурного режима и продолжительности светового дня. Для активного фотосинтеза листьям требуется много солнечного тепла и света. Как только среднесуточная температура опускается ниже +10°С, а световой день сокращается до 8-10 часов, производство зеленого пигмента - хлорофилла - резко падает.
На этом фоне в листе начинают разрушаться молекулы хлорофилла. А другие пигменты, присутствовавшие в листьях все лето в небольших количествах, выходят на первый план. Это придает листве золотисто-желтый, оранжевый или пурпурный оттенок.
- Желтый и оранжевый цвет дают каротиноиды;
- Красный и фиолетовый обеспечивают флавоноиды.
Так лес одевается в яркий наряд, радуя глаз напоследок, перед тем как сбросить этот красочный "костюм".
Но если смена окраски листьев - всего лишь оптический эффект, то зачем он нужен деревьям с практической точки зрения? Оказывается, важнейшая задача осеннего разноцветья - защита питательных веществ, чтобы вернуть их обратно растению.
Как деревья защищают ценные вещества в листьях
Когда в листе запускаются процессы переработки и возврата питательных веществ обратно в дерево, молекулы хлорофилла продолжают поглощать солнечный свет. Однако фотосинтез уже не идет, и энергия оказывается "никуда не деть".
Освободившиеся "агрессивные" молекулы кислорода начинают повреждать структуры клетки, собирающие ценные вещества для возврата в дерево. Это сродни взрыву на химическом заводе, который как раз выводится из эксплуатации. Поэтому так важно сначала "обезвредить" опасные молекулы хлорофилла.
Разделение хлорофилла для защиты листа
Чтобы предотвратить разрушительное действие избыточной энергии, деревья расщепляют молекулы хлорофилла на более простые и безопасные элементы. Чаще всего это происходит с образованием желтых или бесцветных соединений.
По мере разложения зеленого пигмента, в листьях проявляются желтые и оранжевые каротиноиды, изначально присутствовавшие в небольшом количестве. Так лист приобретает соответствующую окраску.
Защита с помощью красных пигментов
Другой путь, который выбирают некоторые породы деревьев, - активный синтез специальных красных и фиолетовых пигментов осенью. Они экранируют хлорофилл от избыточного света, не давая опасным процессам развиваться в клетке.
Благодаря такой защите, деревьям удается сохранить и вернуть себе до 50% фосфора и азота из старых листьев. Этот "корм" пригодится весной для роста новой листвы.
Таким образом, почему листья меняют цвет осенью? Главная причина - обезопасить ценные питательные вещества, чтобы вернуть их дереву. А яркие краски - всего лишь оптимальный способ решения этой задачи, выработанный миллионами лет эволюции.
Сколько полезных веществ удается вернуть благодаря осенним краскам
Насколько эффективно деревьям удается реализовать стратегию переработки и возврата питательных веществ из листвы? Посмотрим на цифры.
Процент возвращенных веществ
Клен, который осенью радует нас яркой палитрой от желтого до пурпурного, способен вернуть себе:
- до 62% азота;
- до 26% фосфора.
У дуба показатели скромнее, зато листва дольше остается на дереве, продолжая работать:
- возврат азота - около 48%;
- фосфора - около 15%.
Влияние климатических условий
Листопадные деревья в суровых условиях Скалистых гор теряют гораздо больше питательных веществ с опадом листьев, чем их "собратья" в умеренном климате штатов Новая Англия и юго-восточной Канады.
Причина в том, что меньшее количество осадков и более холодный климат не позволяют деревьям в горах накопить достаточные запасы к осени. А значит, им просто нечего спасать и возвращать обратно при смене листвы.
Последствия потери питательных веществ для деревьев
Давайте разберемся, что будет с деревом, если осенью ему не удастся вернуть достаточно азота, фосфора и других элементов из листвы.
Плохая перезимовка
Ослабсленное дерево плохо подготовлено к зиме. Оно становится менее устойчивым к морозам и к засухе. В результате растет смертность ветвей или даже стволов.
