尽管大多数人觉得十月树叶的温暖色调令人感到平静，但这些颜色却让一些生物学家感到担忧。 这是因为最近关于秋叶的研究引发了一场关于树木为何会变成深红色的辩论。两项独立合作的研究表明，红色色素是一种防晒剂，可以在树木重新吸收其养分的同时保护叶子。但是，许多相互竞争的理论提出了截然不同的观点，即这种颜色是一种驱虫剂、一种动物引诱剂或一种防冻形式。事实证明，秋天绚丽色彩背后的真相可能比任何单一的假设都更为复杂。
在20世纪初，大多数博物学家认为养分循环导致了秋天的色彩。 他们说，树叶中充满了几种不同的色素。绿色色素在夏天充满了叶子，但到了秋天，这种颜色消失了，留下了鲜艳的红色、黄色和橙色。这个理论持续了半个多世纪，但在20世纪70年代，研究人员发现，一种颜色脱颖而出：红色。
研究人员了解到，在秋季，某些树种实际上会在叶子中产生红色色素。色素的产生会消耗宝贵的糖分，而这些糖分可以帮助树木度过冬季。因此，研究人员无法理解为什么树会为一片即将凋落的叶子牺牲一些急需的糖分。“这对于一片即将从树上掉下来的叶子来说，是一项巨大的新陈代谢投入，”新西兰奥克兰大学的植物生理学家凯文·古尔德说。“这就是它引起如此多好奇的原因。”
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在过去的几个月中，两个独立的团队可能最终揭示了这一谜团。两个小组都声称，红色色素可能起着防晒霜的作用。在夏季，叶片的光合组织可以处理从太阳接收的大部分辐射。但在秋季，树木开始分解这些组织，以便在冬季重新吸收其养分。威斯康星大学麦迪逊分校的植物生理学家威廉·霍赫解释说，在此过程中，阳光很容易破坏叶片的组织。他认为，红色色素可以阻止光线破坏其组织，同时允许足够的光合作用来驱动树木的精细回收操作。
“这实际上是一种非常巧妙的平衡，”他说。“树木试图分解所有这些东西，同时保持[叶子]的运转，以便它有足够的能量来完成这项工作。”霍赫的研究发表在9月出版的《树木生理学》杂志上，表明原产于阳光充足的北部气候的树种含有最多的红色色素——他说，这证明这种色素可以保护即将凋落的叶子免受阳光照射。
“我认为这是一个非常合理的想法，证据是存在的，”佛罗里达国际大学的植物生理学家、第二组倡导防晒理论的成员大卫·李说。他们在本月出版的《植物生理学》杂志上发表的实验中，将山茱萸树的叶子暴露在模拟的阳光下。研究发现，带有红色色素的叶子比绿色的叶子受到了更强的保护。李补充说，红色色素实际上可能以另一种方式保护叶子，即吸收危险的自由基分子。
自由基需要额外的电子来保持稳定，为了获得电子，它们会从附近的分子中窃取，而这些分子又会从它们的邻居那里窃取电子。结果是会产生一种危险的多米诺骨牌效应，这种效应会破坏重要的细胞成分，如膜或DNA。自由基是在光合作用过程中产生的，当叶片被分解时，叶片特别容易受到自由基的影响。李说，红色色素就像一个强大的海绵，吸收自由基分子，进一步保护叶片组织免受损害。
但并非所有人都相信秋叶的深红色都带有防晒系数。西雅图华盛顿大学的植物生理学家琳达·查尔克-斯科特反而认为，红色色素可能会保护植物的水分供应。查尔克-斯科特的研究表明，秋季之前的干旱通常会触发红色色素的早期出现。“在西雅图，我们有夏季干旱，”她说，“没有灌溉的树木和灌木会提前变红。”但她补充说，叶子仍然大约在每年相同的时间掉落。
查尔克-斯科特认为，红色色素实际上可以通过帮助植物保持水分来保护植物免受干旱的影响。水溶性色素可以减少叶片表面水分的流失，并降低其冰点。这种天然的防冻剂将有助于保护寒冷秋夜的叶子，并可能解释为什么一些秋叶会变成鲜艳的红色。查尔克-斯科特曾希望在今年秋天获得更多证据来支持她的理论，但今年春天，生态恐怖分子对她的实验室发动了一场纵火袭击，阻碍了她的研究。
还有其他理论认为，红色色素的存在是为了向动物发出信号，以吸引或驱赶动物。新泽西州罗格斯大学的埃德蒙·斯泰尔斯的研究表明，漆树等植物的红色色素旨在吸引动物来食用它们的浆果。当动物吃掉浆果时，它们会在不知不觉中成为种子的携带者，并将种子传播到其他地方。另一方面，已故的进化生物学家威廉·汉密尔顿提出的一个理论认为，鲜艳的秋季色彩可能是为了警告昆虫树木产生的危险毒素——有效地告诉蚜虫等以植物为食的虫子退后。
最后，这些理论都不能完全解释秋天的红色。缺乏红色色素的树木似乎也能很好地生存下去。“也许它们有其他机制来保护它们，”查尔克-斯科特说，尽管没有人确定。另一个问题是秋叶的红色色素出现在无数其他植物、水果和花朵中。在热带森林中，新发芽的叶子呈现出同样的玫瑰色，而许多原产于新西兰的植物则常年带有这种颜色。“我的直觉是，没有统一的解释，[红色色素]有许多不同的功能，”古尔德说。不过，他认为，新的实验最终将解决关于色素产生的争论。
“这就是关于这件事的科学解释，”亨利·大卫·梭罗在他的文章《秋天的色彩》中写道。“但我更感兴趣的是红润的脸颊，而不是知道那位少女吃了什么特别的饮食。”
本文最初发表于2001年10月15日。