冬が近づくと、それまで緑だった木々の叶が黄色や赤に色づきます。おなじみの红叶(黄色の场合は黄叶と书くこともあります)で、日本をふくむ中纬度(热帯夜极地方以外)の地域であればどこでも见られる现象です。でも、なぜ叶の色が変わるのでしょう?植物は季节を感じ取っているのでしょうか?
光の“正体”は?
冬が近づくと、それまで緑だった木々の叶が黄色や赤に色づきます。おなじみの红叶(黄色の场合は黄叶と书くこともあります)で、日本をふくむ中纬度(热帯夜极地方以外)の地域であればどこでも见られる现象です。でも、なぜ叶の色が変わるのでしょう?植物は季节を感じ取っているのでしょうか?
红叶の风景イメージ
红叶といえば、赤くなるモミジや黄色に変わるイチョウがよく知られています。これらの木々の叶も、春から夏にかけては緑色。そもそもなぜ植物の叶は緑なのでしょう。
植物の葉はふだんの日中には、二酸化炭素と水、光を使って養分(エネルギー)と酸素を作っています(光合成)。このとき、光を効率良く吸収するために働くのがクロロフィル(葉緑素)という色素です。植物細胞の中にある葉緑体に含まれていて、光の3原色(赤、青、緑)のうち、おもに青と赤の光を吸収し緑の光を反射するため、植物は緑に見えるのです。そして红叶のしくみのひとつが、このクロロフィルの変化にあります。
緑に见えるしくみ
クロロフィルが吸収する光の波长
秋になると、树木は冬支度をはじめます。気温が低くなると光合成などの反応速度が遅くなり、また昼の时间が短く、太阳の光も弱まるので、生产できる养分が减ります。使えるエネルギー量も减るために树木は冬の前に、消费エネルギーの少ない状态…いわば省エネモードとするために、叶のはたらきを徐々に止めていくのです。この変化を「叶の老化」と呼ぶ场合もあります。
まず、叶の活动を低下させて消费エネルギーを节约するため叶の根もとに「离层」という水や养分の行き来を减らすバリアのようなものをつくります。
さらに叶のクロロフィルを分解して养分に変え、干に送って活动のエネルギーとして利用します。クロロフィルが减るため緑色がしだいに弱くなるのです(薄まる)。
离层
叶の緑色が弱まると、もとから叶にあった别の色素の色が目立つようになります。多くの叶にはクロロフィルの他にも、黄や赤に见えるカロテン类やキサントフィル类などの色素(まとめてカロテノイドという)があります。
これらの色は、クロロフィルが多いときは緑に隠れて感じられません。でもクロロフィルが减って緑色が薄まると目立つようになります。イチョウなどで起きる黄叶はこれが原因です。
また、ブナやケヤキなどでは、叶の中でタンニンが増えることで、浓い茶色(褐色)が目立つようになります。タンニンはお茶に含まれることで知られる物质で、そのもととなる物质は多くの植物がもとから持っています。これが叶の老化とともに酸化などの化学変化を起こして、褐色のタンニンになります。
これを红叶や黄叶にたいして褐叶ということもあります。
黄叶
黄叶と红叶のしくみ
モミジなど赤くなる植物では、叶緑体の分解が始まる前にアントシアニンという物质がつくられはじめます。アントシアニンは赤や紫の花などにも含まれる色素で、多くなると叶は赤く色づいて见えます。
アントシアニンができはじめるきっかけやそのはたらきについては、まだ完全にはわかっていません。
ただ、秋になって光合成の効率が低くなったときには、太阳の光が强すぎて植物の体の害になる场合があります。アントシアニンはおもに紫外线を吸収するので、叶緑体のはたらきが弱まったときに强すぎる光をやわらげる役割があると考えられています。
このように红叶は、クロロフィルが减ってもとからあるカロテノイドが目立つと黄色に、アントシアニンが多く作られると赤色になる现象です。
なお、葉の根もとにできる离层には、細胞のつながりをほぐす物質も含まれているため、完成すると柄がちぎれて葉の部分が落ちる植物もあります(落葉)。
红叶
部分红叶の例
(水分や養分の行き来が止まったところから红叶が起きる)
このような現象は、植物の体内で起きる複雑な反応で引き起こされます。きっかけはまだくわしくはわかっていませんが、温度が下がったり日照時間が減ることで化学反応が弱まることや、細胞内の液体の粘りけ(粘度)の変化が働いているとする説もあります。ただ、红叶や落葉などは、植物が冬を越すために物質やエネルギーを節約するしくみで、季節の変化が大きい地域に適応するための生き残り手段のひとつなのです。
光の“正体”は?
レンズと反射镜
色と光