Zmiany w kolorystyce liści na jesień

Jesień jest piękną i malowniczą porą roku. Oczywiście skraca się dzień na rzecz godzin bez słońca i na niektóre osoby wpływa to depresyjnie. Zanim nastąpi najkrótszy dzień w roku (trwa w Polsce niewiele ponad 7 godzin) przyroda przygotowuje się do zimy w bardzo kolorowy sposób. Drzewa przywdziewają „sukienki” w barwach żółto-czerwonych. A jak to się dzieje, że pojawiają się takie kolorowe liście i czemu to ma służyć? W przyrodzie nic nie dzieje się bez przyczyny.

Ryc. Zmiany w kolorystyce klonu w odcieniach czerwieni.

Dlaczego drzewa zrzucają liście?

Zacznijmy od tego, że drzewa zrzucają liście głównie w umiarkowanej strefie klimatycznej. Wynika to z tego, że od późnej jesieni do wczesnej wiosny występuje w tym klimacie susza fizjologiczna. Woda, która znajduje się w środowisku, jest niedostępna dla roślin, ponieważ może okresowo zamarzać. Poza tym dociera mniej światła, co utrudnia proces fotosyntezy.

Drzewa przygotowują się do zimy podobnie jak zwierzęta. Zwierzęta zmieniają futro na zimowe, więcej jedzą i odkładają zapasy tłuszczowe pod skórą. Niektóre zwierzęta zapadają w sen zimowy spowalniając swój metabolizm i zmniejszając korzystanie z zapasów nagromadzonych w organizmie.

I rośliny i zwierzęta reagują w tym przypadku na długość dnia. Takie zjawisko nazywamy fotoperiodyzmem. Jest to reakcja fizjologiczna na długość okresów światła i ciemności w ciągu doby.

Ryc. Zmiany w liściach klonu w odcieniach żółci.

Drzewa są w stanie przetrwać zimę ponieważ:

• Magazynują składniki odżywcze (np. azot, fosfor i potas, które wcześniej znajdowały się w liściach)
• Zmniejszają metabolizm
• Nadal mogą pobierać wodę i składniki odżywcze poprzez korzenie
• Zrzucają liście, czyli elementy zbędne na zimę (przy ujemnych temperaturach woda zamarza i nie ma możliwości jej transportowania do liści)

Potrzebne substancje odżywcze magazynowane są w łodygach, pniach i korzeniach.

Ryc. Zmiany w kolorystyce liści wiązu.

Odpadanie liści to proces czynny czyli gospodarka hormonalna roślin

Tak, rośliny też wytwarzają hormony (w ich przypadku są to fitohormony). Hormon jest związkiem, który reguluje wzrost i rozwój rośliny. Bardzo znanym fitohormonem jest kwas salicylowy, stosowany w medycynie ludzkiej od XIX wieku. Kwas salicylowy jest naturalnym regulatorem wzrostu i rozwoju roślin wpływającym na proces fotosyntezy, transpirację, pobieranie i transport jonów.

Rys. Robinia w kolorystyce zielonej.

Wpływ na odpadanie liści (odrywanie się od łodygi) mają trzy fitohormony:

• Etylen. Tworzy się go więcej w roślinie na jesień.
• Drugi hormon działa podobnie jak etylen. Jest to kwas abscysynowy, tworzy się w dojrzałych tkankach i razem z etylenem odpowiada za odcięcie liści.
• Auksyna. Ona akurat ma zabezpieczać przed opadaniem liści. Gdy jest zimniej i dzień się skraca, to roślina wytwarza mniej auksyny.

Na styku ogonka z łodygą powstaje tkanka odcinająca, gdzie mogą podziałać etylen z kwasem abscysynowym. Jeśli ogonek już słabo się trzyma, to wystarczy typowa jesienna pogoda, żeby liście zatańczyły na wietrze.

Ryc. Kolorystyka liści orzecha włoskiego.

Poza jesienią tkanka odcinająca tworzy się w tkankach roślin również w sytuacjach stresowych kiedy np. brakuje wody. Wtedy też drzewa potrafią zrzucać liście.

Dlaczego pojawiają się różne kolory w liściach?

W trakcie jesieni zachodzą różne przemiany biochemiczne w liściach. Zielony kolor zanika, ponieważ był on spowodowany obecnością chlorofilu, a ten przestaje być produkowany i ulega degradacji. Na pierwszy plan wychodzą związki występujące już wcześniej w liściach, ale słabo widoczne, ponieważ zakrywał je chlorofil. To jakie będą kolory liści zależy również od pogody oraz gatunku drzewa. 

Ryc. Jedno z ulubionych drzew pszczół, czyli lipa.

Słoneczne ciepłe dni sprzyjają produkcji czerwonych barwników czyli antocyjanów. Słońce też powoduje, że bardziej czerwone są liście w górnej części korony, a na dole są bardziej żółte. Jeśli jest pochmurnie i deszczowo to więcej jest koloru żółtego niezależnie od gatunków drzew. Z czego wynika konkretna kolorystyka omówię poniżej.

Te kolorowe barwniki w liściach pełnią funkcję ochronną. Absorbują nadmierne ilości światła i wyłapują wolne rodniki.

Ryc. Nazwy związków barwnikowych powodujących kolorystykę jesiennych liści.

Jak działa chlorofil w liściach?

Podczas wiosny i lata w liściach znajdują się fabryki, które produkują substancje odżywcze dla drzew. Chlorofil jest zielonym barwnikiem i odgrywa kluczową rolę w procesie fotosyntezy w liściach. Ten związek chemiczny wychwytuje energię słoneczną rozpoczynając ciąg reakcji chemicznych. Jedną z nich jest rozkład wody na wodór i tlen.

Tlen, jako produkt uboczny, jest wydalany do atmosfery i my potem z tego korzystamy.

Ryc. Jesienny jesion.

Natomiast wodór wraz z dwutlenkiem węgla służą do wytwarzania węglowodanów. Energia świetlna zostaje zmagazynowana w cząsteczkach glukozy.

Rośliny w ten sposób uzyskują substancje odżywcze. Ale pomimo tego, że chlorofil jest taki ważny, jest też bardzo delikatnym związkiem, który potrzebuje ściśle określonych warunków, żeby pracować. Gdy nadchodzi zima, jest mniej słońca i okresowo zamarza ziemia, to nie ma takiej możliwości. Wtedy na pierwszy plan w liściach wysuwają się inne barwniki.

Ryc. Jarząb pospolity czyli jarzębina dokłada się do jesiennej kolorystyki przede wszystkim pięknymi czerwonymi owocami.

Karotenoidy czyli bogactwo jak w żółtku jaja

Kolejną grupą barwników, które pomagają w fotosyntezie są karotenoidy (zidentyfikowano dotychczas ok. 600 związków), które dzieli się na dwie grupy: ksantofile oraz karoteny. Tak naprawdę nie jest do końca wyjaśnione czemu służy występowanie tych żółto-pomarańczowych barwników w liściach. Istnieją teorie, że pełnią podobną funkcję jak kremy z filtrem dla ludzi.

Ryc. Jarząb szwedzki.

Odkryto, że są one nadal produkowane, mimo rozkładu chlorofilu. Prawdopodobnie mają chronić roślinę przed nadmiernym promieniowaniem i w związku z tym pozwolić na całkowite odprowadzenie składników odżywczych z liści. Wyłapują nie tylko nadmierne ilości światła, ale i powstające szkodliwe dla komórek wolne rodniki tlenowe.

Ksantofile nadają żółtą, pomarańczową lub czerwoną barwę kwiatom, owocom, a także żółtku jaj (luteina).

Rys. Ciekawa kolorystyka liści dębu czerwonego.

W naturalnych produktach najbardziej powszechnym karotenoidem jest żółto-pomarańczowy barwnik występujący w marchwi czyli beta karoten. Karotenoidy mają duży potencjał antyoksydacyjny.

Ponieważ karotenoidy to silnie barwiące substancje, nadają kolor nawet zwierzętom takim jak: flamingi, ibisy czy łososie. Nie produkują one karotenoidów w organizmie, tylko spożywają je z jedzeniem.

Ryc. Jarzyny i owoce zawierające większą ilość antocyjanów.

Taniny antyseptyki z roślin i dla roślin

Brązowe liście zawierają dużo tanin. Taniny, czyli garbniki, w liściach jesiennych są naturalnymi związkami chemicznymi, które chronią roślinę przed szkodnikami i zwierzętami roślinożernymi, nadając jej gorzki i cierpki smak. Wraz z nadejściem jesieni zwiększa się ich ilość w liściach.

Taniny są wykorzystywane w medycynie ludzkiej. Mają właściwości ściągające, przeciwzapalne i antyoksydacyjne.

Rys. Liście dębu bezszypułkowego.

Każdy ma prawo być sobą

Niektóre gatunki, jak buki czy klony, zrzucają liście różnych barw: od żółci poprzez czerwień do brązu. Natomiast dąb odprowadza do pni wszelkie zapasy i zrzuca tylko liście brązowe, po rozłożeniu antocyjanów i karotenoidów i odprowadzeniu produktów ich rozpadu do organów zimujących (pnie, gałęzie, korzenie). Niektóre drzewa jak olcha czy jesion nie przyczyniają się do wzbogacania jesiennego kolorytu lasów, gdyż zrzucają liście zielone.

Ryc. Garnitur liści buka.

Podsumowanie czyli czekamy na wiosnę

Co się dzieje z liśćmi, które opadają na ziemie? W lasach i parkach tworzą dywan przykrywający ściółkę, przez to mniej się wysusza ściółka, tworzą schronienie na zimę dla owadów.

Ryc. Liście brzozy tworzą na jesień gęste dywany.

Liście są potem rozkładane przez grzyby i bakterie (o roli grzybów można poczytać tutaj), tworząc naturalny kompost dla roślin, które wystartują na wiosnę.

Ryc. Siewka buka.

Piękne jesienne kolory są inspiracją nie tylko dla osób pracujących w przemyśle spożywczym, tekstylnym i kosmetycznym, gdzie wytwarzane i stosowane są barwniki pochodzące z roślin. Piękno jesieni jest również inspiracją dla artystów.