Почему листья меняют цвет?

Ответ кажется очевидным. Осенью листья переходят в жёлто-оранжево-красно-фиолетовые области электромагнитного спектра исключительно для того, чтобы радовать глаз человека вообще и сотрудника «КШ» в частности. Разве нет? Может, и у красивой окраски есть какой-то смысл? Разобраться в прагматике осенней романтики нам помог заведующий кафедрой экологии и географии растений биофака МГУ профессор Владимир Онипченко.

Тот, кто даёт нам цвет

Осеннюю окраску листьев определяют две группы пигментов. Первые — каротиноиды, которые обеспечивают жёлтые, оранжевые, красные или коричневые оттенки. Летом они поглощают избытки солнечного света, оберегая таким образом нежное содержимое растительных клеток от стресса. Осенью каротиноиды проявляются из-за разрушения хлорофилла — того самого вещества, которое даёт листьям зелёный цвет и вообще является основным тружеником фотосинтетического конвейера.

Вторая группа пигментов — флавоноиды, они дают красно-фиолетовый оттенок. Эти соединения появляются в листьях лишь к осени, причём растения синтезируют их специально.

Вряд ли деревья делают это в угоду меланхоликам, взору которых созерцание осенних красок доставляет особое удовольствие, — вероятно, так происходило за миллионы лет до появления людей… Значит, деревья получают от этого какую-то пользу, иначе эволюция не закрепила бы способность менять цвет. И в чём же выгода?

Маскировка или экономия?

У науки на этот счёт есть несколько гипотез. Первая: изменение цвета обеспечивает защиту от насекомых. Листопадные растения готовы расстаться со своей листвой, но стремятся потерять как можно меньше полезных веществ. Для этого они дробят сложные молекулы на мелкие составляющие и перекачивают в ветви и корни. Происходит это не так быстро, что вот раз! — и перекачали. А пока процесс длится, на питательные низкомолекулярные соединения могут покушаться другие участники экологических сообществ. Например, сосущие насекомые. Такие как тли.

Спрятаться растениям помогает как раз красно-фиолетовая окраска: редкое насекомое способно видеть красный цвет. Тли не из их числа. Экологические эксперименты подкрепляют защитную гипотезу: при наличии выбора тли предпочитают садиться на зелёное, нежели на красное или жёлтое.

Другая гипотеза о смысле осенней красоты завязана на фотосинтезе. Мол, при более высоких температурах он идёт чуточку эффективнее. А фиолетовый или красный окрас позволяет поглотить из солнечного света больше тепла и обеспечить чуть более высокий уровень фотосинтеза в не слишком благоприятный для него период.

Однозначного ответа, какая из гипотез верна, пока что нет и не факт, что будет. В науке это нормально. Вполне вероятно, обе гипотезы справедливы (каждая из них уже имеет экспериментальное подтверждение). Более того, не исключено, что учёные найдут ещё десятки обоснований осенней красоты — и каждую аргументируют данными.

Богатые не краснеют

Не все листопадные растения заботятся о маскировке и занимаются перекачкой веществ. Ольха, например, так не делает. Она в процессе эволюции обзавелась бактериями-сожителями — актиномицетами и научилась «строить» для них жилые кварталы в своих корнях. Актиномицеты поставляют ольхе столько минерального азота, что та может позволить себе не перекачивать крохи из листьев.

При этом зелёная окраска листьев сохраняется у ольхи вплоть до наступления морозов. Дальше фотосинтезировать становится невозможно по физическим причинам — листья просто буреют и опадают. За несколько лишних недель или даже месяцев фотосинтеза, выяснили японские учёные, ольха в энергетическом эквиваленте успевает нафотосинтезировать в шесть раз больше, чем нужно для расплаты с актиномицетами за тот объём соединений азота, что они могли перекачать из листвы. Простая экономика!

В то же время у большинства деревьев таких союзников нет, и рассчитывать они могут либо на себя, либо на среду. Если они живут в довольстве и достатке, то есть растут на богатых почвах, то просчитывать балансы с перекачкой пожитков и прятаться от насекомых не приходится. Если же условия бедные, то уповать остаётся только на себя.

Оттого и листопады самые красивые там, где небогато. В средней полосе России, например, деревьям живётся неплохо. Оборотная сторона этого богатства — не самые зрелищные осенние леса. В Северной Америке вот значительно беднее. В Скалистых горах, например, с атмосферными осадками выпадает на порядок меньше соединений азота, чем у нас на Кавказе. Правда, и леса в Скалистых горах преимущественно хвойные. А вот на границе США и Канады кленовые леса в сентябре — багряный огонь.

Фото: Taweesak Aueamyon/Shutterstock.com

Опубликовано в журнале «Кот Шрёдингера» № 1 (46) 2021 г.