چرا رنگ برگ ها در پاییز زرد می‌شود؟

گیاهان برای تولید انرژی توسط نور خورشید از رنگدانه‌های متنوعی استفاده می‌کنند که گاهی در فصل پاییز ما این مسئله را بیشتر می‌بینیم.

رنگ برگ‌ها در پاییز همیشه شگفتی‌های بسیاری را با خود به همراه آورده و هرساله تنوع بسیار زیاد آن‌ها در این فصل جادویی از طیف رنگ‌های زرد، قرمز و نارنجی را به ما نمایش داده است. اما سوال اساسی که ذهن ما را درگیر می‌کند، درواقع چرایی اصلی ایجاد این تغییرات رنگارنگ در برگ‌ها می‌باشد و یا اینکه اصلا آن‌ها از کجا می‌دانند باید این روند را پیش بگیرند.

نوعی از درختان وجود دارد که در فصل پاییز به طور خودکار برگ‌هایشان می‌ریزد به همین دلیل به آن‌ها گیاهان برگ‌ریز می‌گویند و بیشترا در جنگل‌های معتدل و شمالی رویش می‌کنند. آن‌ها شامل مجموعه‌ای از درختان آسپن، چوب پنبه، افرا و بلوط هستند. در عین حال گیاهانی هم یافت می‌شود که برگ های خود را نمی ریزند مانند کاج، صنوبر و سرو که درختان مخروطی شکل یا همیشه سرسبزی دارند.

هردو گروه این درختان در زمستان انرژی کمتری مصرف می‌کنند، اما نوع مخروطیان با شرایط آب و هوایی سرد سازگاری بیشتری از خود نشان می‌دهند، مانند پوشش مومی برای به حداقل رساندن اتلاف و مصرف ‌ذخیره‌ی آب که به آن‌ها کمک می‌کند تا سوزن‌های خود را در تمام طول سال نگه‌دارند.

به گفته‌ی آدام مور یک جنگلبان در خدمات جنگلی ایالت کلرادوی آمریکا، این درختان با گونه‌های مختلف نشانه‌هایی را مطابق محیط خود انتخاب می‌کنند که این مکانسیم طبیعی به آن‌ها می‌گوید چه زمانی باید برای زمستان آماده شوند. هنگامی که اوایل پاییز هوا روبه خنک‌تر شدن می‌رود و مدت زمان نور روز کاهش می‌یابد، عمل تغییر در درختان به آرامی آغاز می‌شود و همچنین رنگ‌ برگ‌ها در پاییز روبه طیف‌های زرد تا قرمز تغییر می‌کند. این یعنی گیاهان نور خورشید کمتری از طریق کلروفیل موجود در برگ‌های خود می‌گیرند و سپس درختان برگ‌ریز شروع به جبران ذخیره‌ی خود، برای زنده نگه‌داشتن آن‌ها می‌کنند.

آدام مور بیان کرد: «درختان مانند یک کارخانه هستند و دوست دارند که کارآمد باشند. آن‌ها برای ما اکسیژن و برای خودشان تولید کننده‌ی انرژی هستند و با نبود نور خورشید و هنگام وقوع اولین یخبندان به خواب زمستانی می‌روند».

با وجود اینکه کلروفیل مهم‌ترین و رایج‌ترین رنگدانه‌ی درختان و مهم‌ترین عامل شکل‌گیری رنگ برگ‌ها در پاییز پس از تغییر شرایط آب و هوایی خاص است و همچنین گیاهان برای برداشت نور از آن بهره می‌برند و حتی خود برگ‌های سبز هم با این عمل به این شکل به نظر می‌رسند، زیرا کلروفیل با جذب نور قرمز و آبی در نهایت نور سبز را منعکس می‌کند؛ اما گیاهان اغلب دارای انواع رنگدانه‌های ثانویه‌ی دیگری غیر از کلروفیل نیز هستند. وقتی کلروفیل درون برگ‌های درخت از بین می‌رود، سپس این رنگدانه‌های درلایه‌های زیر قابل مشاهده می‌شوند. این همان چیزی است که ما در هنگام اوج گرفتن شاخ و برگ در پاییز می‌بینیم.

رنگ‌های قرمز و بنفش از رنگدانه‌های ثانویه‌ی آنتوسیانین‌ها به وجود می‌آید و همچنین رنگ‌های نارنجی و زرد از طریق کاروتنوئیدها و زانتوفیل‌ها تولید می‌شود. در یکسری از گونه‌های واحد مانند درخت افرا، مجموعه‌ی رنگدانه‌های خود را تکامل داده‌اند. به عنوان مثال افراهای قرمز در پاییز به قرمزی روشن و درخشان تغییر می‌کنند، درحالی که افراهای سیاه به رنگ زرد درمی‌آیند.

کریستینا بزانسون درخت‌کار دانشگاه ماساچوست گفت: «درواقع درختان اتوتروف هستند. آن‌ها غذای مورد نیاز خود را از طریق فتوسنتز تولید کرده و برگ‌ها اغلب کارخانه‌های غذا برای درخت نامیده می‌شوند. داشتن طیفی از رنگدانه‌ها که می‌توانند طول موج‌های مختلف نور را به ارمغان بیاورند؛ به گیاهان اجازه می‌دهد تا انرژی بیشتری در طول فتوسنتز برداشت کنند. سرمایه‌گذاری روی همه‌ی رنگ‌دانه‌ها احتملا برای آن‌ها خیلی سودآور نیست، بنابراین همه‌ی درختان این روش را دنبال نمی‌کنند. اما آن‌هایی که این کار را انجام می‌دهند، معمولا دارای رشد سریع‌تری هستند».

ضمن اینکه بخش بزرگی از رنگ برگ‌ها در پاییز توسط محیط مشخص می‌شود، زمان تغییر رنگ به مقدار زیادی هم توسط ژنتیک تعیین می‌شود. محققان می‌گویند که ده‌ها هزار ژن متفاوت در طول دوره‌ی تغییر رنگ کشف شده است. تعدادی از گونه‌ها مانند (Oxydendrum aboreum) چوب ترش در اواخر فصل تابستان تغییر رنگ‌شان آغاز می‌شود. در حالی که درخت‌های بلوط به طور معمول، پس از برهنه شدن درختان دیگر برگ‌هایش شروع به ریختن می‌کند.

درختانی که در ارتفاعات بالا و سردتر هستند، معمولا به خاطر وجود دمای پایین، سریع‌تر از دیگر گونه‌ها تغییر رنگ می‌دهند. اما دیگر گونه‌هایی که در یک عرض جغرافیایی مشابه زندگی می‌کنند درواقع بدون توجه به ارتفاعات موجود، درست در همان زمان مشخص است که ما شاهد همان شگفتی رنگ برگ‌ها در پاییز و تغییرات‌شان هستیم.

پس از شروع زمستان گیاهان خزان‌کننده سرانجام طی نمایشی از رنگ‌های متنوع و زیبا، برگ‌های خود را می‌ریزند و آن‌ها سپس شکل کوچک و گرد مانندی را در گره‌ای که برگ به درخت می‌چسبد برجای می‌گذارند که معمولا به آن زخم برگ می‌گویند.

درختان حتی در هنگام برهنگی، خدمات اکوسیستمی ارزشمندی را ارائه می‌دهند. آن‌ها سدی برای باد‌ها و طوفان هستند و همواره زیستگاه ارزشمندی برای پرندگان به حساب می‌آیند. همچنین برگ‌های ریخته شده در حین عمل تجزیه، مواد مغذی‌ای را به خاک می‌رسانند. بزانسون در ادامه گفت: «گسترش سالانه‌ی برگ‌ها با تولید مالچ و پوشاندن خاک روی ریشه‌ها در طول زمستان؛ برای گرم نگه‌داشتن آن‌ها به ساخت خاک کمک می‌کند».