我听过好几种不同的答案来解释这个看似简单的问题:秋天树叶变色的原因是什么?

艾伦·迪克曼是俄勒冈大学尤金分校生物学系课程主任。他针对这个经常被问到的问题给出了以下澄清:

所有树木的叶子都含有叶绿素,这是一种绿色色素,具有捕获光能的非凡能力,并且(在叶子中其他成分的帮助下)将能量转化为化学形式,例如糖。许多叶子也含有其他色素,虽然这些色素不能像叶绿素那样进行光合作用,但其中一些能够将它们捕获的光能传递给叶绿素。 这些“辅助”色素有些是黄色、橙色或红色的,被称为类胡萝卜素,因为它们与β-胡萝卜素属于同一类化合物,β-胡萝卜素是赋予胡萝卜橙色(和人造黄油黄色)的色素。

在秋天,当落叶树的叶子开始变老时,叶子能够分解一些它产生的昂贵色素(例如叶绿素),并将它们的部分吸收回茎中以供其他用途。当叶绿素的绿色消失时,其他颜色就会显现出来。


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如果您通过一种称为色谱法的过程分离色素,您可以在叶子仍然是绿色时看到这些颜色。如果您曾经观察过水溶性墨水在纸上被弄湿时晕开,您就看到了色谱法的实际应用。 从叶子中分离色素有点困难,因为它们通常被封闭在叶子细胞内的膜中。但是,如果您有一些滤纸(尝试使用白色咖啡滤纸),您可以尝试将一些色素挤压到滤纸上,方法是将叶子放在滤纸上,然后用四分之一硬币在叶子上滚动几次,在纸上形成一条色素线。然后将纸的一端浸入外用酒精中,您或许能够看到叶子中的其他颜色与绿色叶绿素分离。

叶子中的一些色素——例如大黄或红卷心菜中的红紫色——根本不参与光合作用。也许它们有助于保护植物免受过多的阳光照射? 这些化合物存在于叶子细胞的其他位置,其中许多是水溶性的,因此如果您烹饪叶子或在搅拌机中研磨它,您将在水中释放出这种红色色素。

帕特里夏·豪斯莱因是明尼苏达州圣克劳德州立大学生物科学系的成员。她提供了这份入门读物

“真不敢相信!现在才八月的第三周,第九街的那棵树就已经开始变色了。” 过去一周我听到很多类似的评论。每年当我们看到明尼苏达州中部的树木开始变色时,我们开始相信我们一定是即将迎来早冬。 但我认为,如果我们注意观察,我们会发现同一棵树每年大约在同一时间开始变色。

那么是什么导致叶子呈现出秋天的色彩呢?过去几周发生了什么变化?这里的天气比平时更凉爽、更潮湿,但去年这个时候天气炎热干燥,而同一棵树仍然变色了。 似乎每年都在同一时间发生的事情是白天变短(或者更准确地说,是随着夏季的消退,白天减少的量)。事实上,正是白天的长度,称为光周期,触发了树木中的一种机制,开始在冬季之前脱落叶子的过程。 这种落叶的过程对树木来说是必要的,但它也为我们带来了额外的福利,那就是我们可以在秋季短暂的几周内欣赏到的色彩爆发。

为了充分回答“叶子为什么会变色,又为什么是那些颜色?”这个问题,最好将其分解为几个其他问题。我们已经知道叶子何时变色:在秋天,为树木过冬做准备。 然后我们可以问,叶子在夏天为树木做了什么,而树木在冬天不需要做? 叶子是树木的制造工厂。它们捕获太阳的光能,并利用它将空气中的二氧化碳和雨水转化为糖。这些糖维持树木的生命;任何额外的糖都使树木能够长得更大。这个过程称为光合作用(意思是“光结合”),它也把水吸到树上,然后在叶子表面蒸发。 如果叶子整个冬天都留在树上,树木将继续失去水分,而一旦地面结冰,就很难补充水分。因此,叶子脱落是为了节约用水。

现在我们可以问下一个问题。“为什么叶子在掉落之前会变色?” 请记住,树木能够通过捕获阳光中的能量来制造糖。 叶子中有色素吸收太阳能并将其发送到糖的生产中。最丰富的色素是叶绿素,我们看到它是夏季叶子的绿色。 但是来自太阳的光基本上被称为白光。这意味着阳光实际上是所有颜色的组合。(还记得 ROY G BIV,彩虹的颜色吗?:红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫。) 所有这些颜色的组合都在照射叶子,但实际上只有某些颜色被叶子吸收;其他颜色被反射。 我们将反射光视为物体的颜色。所以我们知道绿光是从叶子上反射出来的。这意味着叶子使用绿色以外的颜色来参与糖的生产。 事实上,叶绿素主要吸收蓝色和一些橙色光。

我们从自然界中学到的一件事是它不会浪费任何东西。 虽然叶绿素只吸收蓝色和橙色光,但叶子中的其他色素会吸收其他颜色。其中一些其他色素被称为类胡萝卜素。 它们吸收绿光并反射橙色。胡萝卜含有大量的类胡萝卜素。在夏季,叶子中含有如此多的叶绿素,以至于我们根本看不到其他色素。 但是随着白天变短,树木产生的叶绿素减少。随着叶绿素开始褪色,我们能够看到叶子中的其他颜色(色素),主要是黄色。

在我居住的地方,白杨和杨树变成了鲜艳的黄色。红色和橙色主要见于糖枫。 枫树变红是因为当这些树木开始落叶过程时,叶子制造的一些糖仍然滞留在叶子中。 在这种情况下,颜色主要由第三种吸光色素决定,这种色素与糖反应,形成我们看到的红色和橙色。秋天白天的阳光越充足,滞留在叶子中的糖就越多,糖枫的颜色就越鲜艳。

您可能想尝试一些实验。用黑纸盖住树上仍然是绿色的一片叶子。当它周围的叶子变色后,揭开叶子,看看它是什么颜色。黑纸吸收所有的光并将其转化为热量……不过我想知道如果用铝箔代替黑纸覆盖绿叶会发生什么。 我想知道白杨叶与枫叶或橡树叶相比会怎么样。我想知道如果你把叶子从树上摘下来会发生什么。我想知道……请原谅,我还有一些自己的实验要做。

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