می توان گفت از وقتی به یاد داریم با فرا رسیدن فصل پاییز، برگ درختان از رنگ سبز به سمت قرمز و زرد می روند. همه ما بارها در ذهن خود علت این تغییر رنگ را جستوجو کرده ایم. با آغاز فصل پاییز برگ درختان به سمت رنگ های قرمز و نارنجی و زرد می رود، ترکیب رنگی که هرسال بدون اینکه خسته کننده به نظر آید همیشه دل و قلب ما را گرم کرده است. این جهان پر از شگفتی های کوچک بزرگ است، شاید برایتان جالب باشد که برگ درختان هر منطقه در کره زمین در فصل پاییز رنگ های متفاوتی دارند، برگ های پاییزی درختان آمریکا و آسیای شرقی به رنگ قرمز و اروپای مرکزی و جنوبی به رنگ زرد است. با ما همراه باشید تا علل علمی تغییر رنگ برگ درختان در پاییز را بفهمیم.
علت علمی تغییر رنگ برگ ها در فصول سرد
با فرا رسیدن فصل پاییز و زمستان، مجموعه از فرآیند های شیمیایی در درختان رخ می دهد که باعث تغییر رنگ برگ ها می شود. در طول فصول گرم، برگ درختان بهمثابه یک کارخانه عمل کرده و وظیفه تهیه غذای کافی برای رشد درختان را برعهده دارند. سلول های ریز فراوانی بر روی برگ ها وجود دارند که وظیفه آن ها ساخت مواد غذایی درخت است، این سلول های ریز به بافت های سنتزی مزوفیل که میان دو بشره زبرین و زیرین برگ قرار دارد، تعلق دارند. در برخی موارد بافت مورد نظر را کلرانشیم می نامند چرا که سلول های این بافت سرشار از کلروپلاست هستند. کلروپلاست در خود اجسام سبز ریزی به نام کلروفیل دارد که عامل ایجاد رنگ در برگ ها هستند.
رگبرگ های بسیاری که شامل سلول های آوند چوبی و آبکش می باشد، در میان سلول های فتوسنتزی برگ قرار گرفته اند. رگبرگ ها، آب و مواد معدنی را به داخل برگ هدایت کرده و فرآورده‌های فتوسنتزی را به خارج از برگ می فرستند.در نهایت رگبرگ ها به رگبرگ اصلی متصل شده که بعد از عبور از دمبرگ به سیستم آوندی اصلی گیاه پیوند خورده است. کلروفیل ها با ترکیب کربن بدست آمده از هوا، با هیدروژن، اکسیژن و مواد معدنی گوناگون موجود در آب و راه فرآیند فتوسنتز، غذای مورد نیاز گیاه را فراهم می سازند.
در فصل پاییز با رسیدن فصل سرما به دلیل کمبود نور و مواد غذایی کافی، فرآیند های حیاتی در برگ درخت کاهش می یابد و عملا فعالیت برگ به پایان می رسد. در هنگام کاهش فعالیت تولید غذا در برگ، کلروفیل موجود به اجزای تشکیل دهنده خود تجزیه شده و مواد بدسته آمده در تنه درخت برای استفاده در بهار پیشرو، ذخیره می شود. بعد از تجزیه مواد موجود در برگ تنها یک ماده آبکی در حفره های سلولی برگ باقی می ماند که دارای مقداری قطرات چربی، بلور و تعداد معدودی اجسام زرد رنگ است که به شدت نور را بازتاب می کنند. تمامی این فرآیند ها را می توان علت زرد شدن برگ ها در پاییز بیان کرد. در بیشتر موارد، قند موجود در برگ ها بیش از میزانی است که قادر باشد به سرعت در درخت منتقل و ذخیره شود. ترکیب شیمیایی قند با دیگر مواد داخل برگ ها باعث به وجود آمد ترکیبی از رنگ های متنوع بین قرمز روشن و قرمز مایل به قهوه‌ای می شود.
فرایند ریزش برگ از درختان
با شروع فرآیند تغییر رنگ برگ ها، خزان برگ ها شروع شده و بر اثر عواملی مانند کوتاه شدن طول روز و کاهش دما برگ درختان شروع به ریزش می کنند. در نقطه اتصال دمبرگ به تنه درخت، مجموعه ای از سلول های خاص تکامل یافته و به مرور بافتی که برگ را به درخت متصل نگه می دارد سست شده و در نهایت برگ جدا می شود. در اغلب موارد، سلول های پارانشیمنی لایه ریزش از سلول های اطراف کوچکتر هستند و علاوه براین عناصر آوندی نیز کوتاه بوده و در دسته های آوندی ناحیه ریزش هیچگونه فیبری وجود ندارد. همگی این عوامل ناحیه ای که برگ به تنه درخت چسبیده را به نقطه ضعیفی تبدیل کرده است.
برگ ها قبل از فروریختن با تغییرات بی شماری در ناحیه ریزش روبرو می شوند. اغلب در این ناحیه تعدادی تقسیم سلولی رخ می دهد و لایه هایی از سلول ها به شکل آجر در کل عرض پایه دمبرگ به وجود می آیند. در سلول های ناحیه ریزش تغییرات فعال متابولیسمی انجام می شود که باعث تجزیه جزئی دیواره سلول یا تیغه میانی شده و بدین ترتیب سلول ها از هم جدا می شوند. در این مرحله با وزش باد و هر تکان دیگری، در نهایت اتصال آوندی گسسته و برگ از درخت می‌افتد. با افتادن برگ به سرعت درخت بنابه طبیعتی که دارد جای بریدگی را ترمیم می کند. پس از هربار افتادن برگ از درخت، یک لایه چوب پنبه‌ای بر روی بقایای دمبرگ تشکیل می‌شود؛ علت تشکیل این لایه محافظت از گیاه در مقابل حملات میکروبی و اتلاف آب است.
ریزش برگ درختان یک حرکت هوشمندانه طبیعت برای حفظ شاخه درختان در فصل زمستان است. با فرا رسیدن فصل زمستان با ریزش برگان این امکان برای درختان به وجود می آید که با سهولت بیشتری سنگینی برف و یخ زمستان را تحمل کنند. در برخی مناطق گرم و خشک که به ندرت بارش برف و یخبندان وجود دارد، برخی از درختان پهن برگ همیشه سبز هستند. اما مخروطیان (کاج ها، سروها و نرادها) برخلاف پهن برگان زمان مشخصی برای ریزش برگ ندارند.
علت تفاوت رنگ برگ ها درختان در پاییز
دانشمندان و محققان زیادی سال ها در پی کشف علت تغییر رنگ برگ درختان بوده اند، “یارمو هولوپانین” از دانشگاه کوپیو در فنلاند تئوری جدیدی را در مجله علمی “نیو فیتولوژیست” مطرح کرده است. هولوپانین نشان می دهد که علت اصلی تفاوت رنگ برگ ها در مناطق مختلف در جهان، مهاجرت های بزرگ در میلیون ها سال قبل در زمین و تغییرات آب وهوایی می باشد.
رنگ زرد و سرخ در برگ ها
همان طور که در بخش قبل توضیح دادیم در فصل های سرد به نوعی درختان به خواب زمستانی رفته و فعالیت های خود را کاهش می دهند. تعداد رنگدانه زرد نیز در برگ ها وجود دارد که با کاهش فعالیت تولید عذا در برگ ها، رنگ سبز کلروفیل کاهش یافته و رنگدانه های زرد باقی می مانند. موضوع نحوه تولید شدن رنگدانه های قرمز در برگ بحث جدیدی است که برای آن عواملی متعددی را در نظر گرفته اند. در مورد رنگدانه های قرمز وضعیت جالب تر می شود، در حقیقت این رنگدانه ها در برگ وجود ندارند و با ظاهر شدن اولین نشانه های فصل پاییز، رنگدانه های قرمز در برگ تولید می شوند.
برخی علت به وجود آمدن رنگدانه قرمز را پخش و هدایت دوباره آمینواسیدها به قسمت های دیگر درخت بیان می کنند، برخی دیگر نیز استراتژی دفاعی گیاه در مبارزه با حشرات را علل قرمزی برگ ها مطرح کرده اند. گفته می شود شته ها در هنگام مکیدن مولکول های آلی برگان به رنگ زرد جذب شده و از رنگدانه های قرمز دوری می کنند. برتری رنگ سرخ بر زرد در برگ ها نتیجه یک مبارزه طولانی تکامل میان حشرات و گیاهان است.
پروفسور هولوپانین معتقد است ایجاد تفاوت در رنگ های درختان در پاییز از ۳۵ میلیون سال شروع شده است. در آن زمان، زمین ما سرتاسر از جنگل های سرسبز حاره ای پوشیده شده بود. بعد از آغاز دوره یخبندان و خشکسالی در زمین بسیاری از درختان به دلیل شرایط سخت در تولید مواد مغذی دستخوش تکامل شده و به درختانی با برگ ریز تبدیل شدند. تکامل و فرگشت درختان از همان ابتدای پیدایش آن ها بروی زمین آغاز شده و تا به الان نیز ادامه یافته است.
درختان برای دفع آفت و مبارزه با حشرات موذی فرایند تولید رنگدانه‌های سرخ را توسعه دادند. در مناطق آمریکای شمالی و آسیای شرقی نسبت به دیگر مناطق زمین، در فصل پاییز شاهد برگ های پاییز سرخ رنگی هستیم. با مهاجرت گیاهان و حیوانات از عرض های جغرافیایی پایین تر به عرض های جغرافیایی بالاتر در این مناطق، حشرات و آفت های بیشتری نیز به این مناطق کشیده شدند؛ بنابراین درختان رنگدانه های قرمز را تولید می کنند تا جنگ برای بقا بدون وقفه ادامه یابد.