Почему осенью листья становятся жёлтыми и красными — научное объяснение в фотографиях

Каждую осень миллионы людей фотографируют багряные клёны и золотые берёзы, но мало кто задумывается о смысле этого зрелища. Жёлтый цвет листа объяснить легко: он был там всё лето, просто прятался под зелёным хлорофиллом. А вот ярко-красный цвет дерево создаёт заново — уже в увядающем листе, за несколько недель до листопада — и тратит на это драгоценную энергию. Разбираемся, зачем природе такая на первый взгляд бессмысленная трата: от солнцезащитного крема для умирающего листа до честного предупреждения для тли.

Жёлтый цвет — не хитрость, а разоблачение

Летом лист кажется зелёным из-за хлорофилла — пигмента, который поглощает солнечный свет и запускает фотосинтез. Но в клетках листа круглый год живут ещё и жёлто-оранжевые каротиноиды. Они просто теряются на фоне яркого зелёного цвета и остаются незаметными до осени.

Когда день укорачивается, дерево начинает разрушать хлорофилл и забирать из листа полезные вещества — в первую очередь азот. Зелёный цвет исчезает, и каротиноиды наконец проступают наружу. Поэтому жёлтая листва берёзы или липы — не новый пигмент, а старый, который всё это время скрывался под маской.

Красный обходится дереву дорого

С красным цветом всё сложнее. За него отвечают антоцианы — пигменты, которых в летнем листе почти нет. Дерево синтезирует их заново уже осенью, когда сам лист доживает последние недели перед опаданием.

Синтез антоцианов требует сахаров и энергии — тех самых ресурсов, которые дерево могло бы направить на подготовку к зиме. Экономически это выглядит странно: зачем тратить силы на пигмент в органе, который через несколько недель всё равно упадёт и погибнет. Именно этот вопрос почти два десятилетия не даёт покоя ботаникам.

Версия первая: солнцезащитный крем для умирающего листа

В 2003 году американские ботаники Уильям Хок, Эрик Сингсаас и Брент МакКаун опубликовали в журнале Plant Physiology гипотезу, которую называют солнцезащитной. Они проверили её на кизиле, чернике и калине, а для сравнения взяли берёзу — дерево, которое красный пигмент вообще не производит.

Осенью условия для листа опасны: хлорофилл разрушается, а яркое солнце и холод продолжают действовать на клетку. Без защиты фотосинтетические ткани получают повреждение раньше времени, и дерево не успевает вытащить из листа азот обратно в ствол и ветви про запас на весну. В опыте учёных красные листья при опадании содержали меньше азота, чем зелёные листья того же вида, — сигнал, что защита сработала и дерево забрало ценное вещество эффективнее.

Версия вторая: честное предупреждение для тли

Другую гипотезу в 2001 году предложили британские биологи Уильям Гамильтон и Сэм Браун. Они заметили: именно осенью тля выбирает дерево, на котором отложит яйца до весны.

По этой версии, яркий красный цвет — честный сигнал: у меня сильная химическая защита, потомству здесь не выжить. Вредитель считывает сигнал и перелетает к более бледному, слабому соседнему дереву. Итальянский биолог Марко Аркетти развил эту идею позже, сравнив красную листву с яркой окраской ядовитых лягушек и ос — предупреждением, которое выгодно обеим сторонам сразу.

Что показала проверка боем

Обе гипотезы проверяли в полевых условиях, и результаты получились противоречивыми. Финские учёные исследовали связь антоцианов с гусеницами пядениц на осине, рябине и двух видах берёзы.

Если бы гипотеза о предупреждении работала, гусеницы должны были хуже развиваться на самых красных деревьях. Но чёткой связи между яркостью листвы и ростом гусениц исследователи не нашли. Похожая картина и с солнцезащитной версией: часть работ подтверждает связь антоцианов с эффективным возвратом азота, а другая часть эту связь не находит вовсе.

Гипотезы не исключают друг друга

Спор между двумя лагерями идёт больше двадцати лет, и однозначного победителя пока нет. Ботаники всё чаще говорят о третьем варианте: обе функции способны работать одновременно.

Один и тот же пигмент вполне способен защищать лист от яркого солнца и одновременно отпугивать вредителей — природа редко изобретает узкоспециализированные решения там, где сгодится многозадачное. Поэтому ответ на вопрос, зачем дереву красный лист, скорее всего сложится не из одной причины, а сразу из нескольких.

Где увидеть самую яркую осень на планете

Ярче всего антоцианы проявляются там, где солнечные дни сочетаются с холодными ночами — именно перепад температур запускает интенсивный синтез пигмента. По этой причине Новая Англия в США славится багряными клёнами: местный климат создаёт для красного цвета идеальные условия.

На острове Хоккайдо в Японии любование красными клёнами превратилось в отдельную традицию под названием момидзигари — «охоту за красными листьями». Похожие условия — контрастная погода и обилие клёнов — есть и в Карелии, где багряная листва отражается в холодных озёрах. Так эволюционная загадка одного пигмента превращается в повод для путешествия через полмира.

А в вашем городе клёны в этом году краснеют или сразу облетают жёлтыми?

Смотрите также:
Момидзигари: как японцы превратили любование осенними клёнами в искусство,
Зачем в местах ядерных катастроф высаживают подсолнухи,
10 превосходных примеров симметрии в природе