Jesień to niesamowita pora roku dla ludzi fotografujących, ale i dla każdego, kto spaceruje w parkach czy lasach. W miarę jednolite zielone lasy liściaste zaczynają malowniczo zmieniać barwy. Magia? Nie, po prostu chemia.
Zacznijmy jednak od tego, dlaczego liście są przez kilka miesięcy zielone. W komórkach liści znajdują się chloroplasty. Są to organella komórkowe występujące u roślin oraz glonów eukariotycznych, które zawierają niesamowity związek chemiczny – chlorofil.
Chloroplasty w komórkach płaskomerzyka pokrewnego (Plagomnium affine)
źródło: Wikimedia, licencja: GNU FDL
To właśnie on jest odpowiedzialny za kolor liści. W zasadzie nie powinniśmy mówić w tym przypadku o chlorofilu w liczbie pojedynczej, ponieważ jest to cała grupa związków. Mamy więc chlorofil a, chlorofil b (te są właśnie w liściach), ale też są takie, które opisujemy kolejnymi literami, aż do g.
Ich struktura chemiczna jest różna, ale wszystkie są zbudowane na takim samym szkielecie, który nazywamy układem porfirynowym. W centrum tego układu zawsze znajduje się atom (dokładniej jon) magnezu.
Wzór strukturalny chlorofilu a
licencja: domena publiczna
Zwróćcie jednak uwagę na cały wzór strukturalny. Widać tam bardzo szczególny układ wiązań podwójnych, które są rozdzielone wiązaniem pojedynczym. Są one rozmieszczone w całej cząsteczce. Taką szczególną strukturę nazywamy układem sprzężonych wiązań podwójnych. Nie wdając się w szczegóły – im więcej wiązań podwójnych w takiej cząsteczce, tym ciemniejsza będzie jego barwa. Kolor będzie też zależeć od jonu, który znajduje się w samym środku porfiryny. W chlorofilu jest to, jak już wspomniałem, magnez, a np. w hemoglobinie żelazo. Drobna uwaga nomenklaturowa: nazwa chlorofil nie pochodzi od pierwiastka chloru, ale od zielonego koloru tego związku.
Jesienny krajobraz Webster’s Falls, Ontario (Kanada)
licencja: GNU FDL
No i właśnie te chlorofile nadają liściom barwę. Ich podstawowym zadaniem jest przetwarzanie energii słonecznej w chemiczną w procesie fotosyntezy. Esencja życia po prostu. Mam nadzieję, że ktoś z naszych autorów opisze kiedyś proces fotosyntezy, ponieważ jest naprawdę fascynujący.
No ale wracajmy do jesieni. Temperatura spada, dni są coraz krótsze, a więc do liści dociera coraz mniej światła. Procesy fotosyntezy powoli ustają, a więc spowalnia też produkcja chlorofilów, która trwała całą wiosnę i lato. Chlorofile powoli rozpadają się, a wtedy do głosu dochodzą inne barwniki, które cały czas są obecne w liściach, ale ich kolory są do pewnego stopnia stłumione przez zieleń chlorofilu. Są to między innymi karotenoidy (takie jak w marchwi i dyni) czy flawonoidy (w tym przede wszystkim antocyjany). Wszystkie te związki mają różnorodne barwy – od jasnożółtej do ciemnoczerwonej i fioletowej.
Struktura β-karotenu
licencja: domena publiczna
Przykładowy wzór antocyjanu
licencja: domena publiczna
Antocyjany wiosną i latem są obecne w liściach w niewielkich ilościach, ich zwiększona produkcja zaczyna się dopiero na początku jesieni. Wynika to z faktu, że w tym czasie spada zawartość fosforanów w liściach, co powoduje zwiększenie szybkości syntezy czerwonych i fioletowych antocyjanów. Związki te są obecne także w owocach – od jeżyn do śliwek.
Jesienny las w górach Adirondack (USA)
licencja: CC BY SA 4.0
Rzecz jasna nie wszystkie liście zmieniają barwy jednocześnie. Jeśli przyjrzymy się drzewom uważniej, zobaczymy liście w różnych stadiach zmiany barw. Te, które są wystawione lepiej na słońce, będą nieco dłużej zielone, inne będą zmieniać kolor szybciej. Zielone liście zżółkną, potem staną się pomarańczowe, czasem czerwone, a na końcu brązowe.
Barwy jesieni w Alpach Japońskich (wyspa Honsiu, Japonia)
licencja: GNU FDL
A nieco później drzewo zacznie się jeszcze bardziej zmieniać, przygotowując się na zimę. Substancje odżywcze oraz woda powoli przestaną dopływać do liści. I wtedy liście uschną i jeszcze bardziej ciemnieją, aż wreszcie zaczną opadać. Przez zimę drzewo będzie korzystać ze zmagazynowanej w postaci węglowodanów energii chemicznej. Tak będzie aż do wiosny, gdy cały cykl zacznie się powtarzać. Drzewo będzie syntetyzować chlorofil, aby znowu magazynować energię do wzrostu.
Na koniec warto dodać, że oczywiście nie wszystkie drzewa zmieniają kolory na zimę. Wszyscy znamy drzewa szpilkowe, takie jak choćby sosna, jodła czy świerk. Są to rośliny zimozielone. Z kolei na takich szerokościach geograficznych, gdzie istnieją tylko niewielkie różnice pomiędzy długością dnia i nocy, drzewa także nie tracą liści w okresie zimowym, choć ulegają one usychaniu i powolnej wymianie.
Tymczasem ruszajcie do parków i lasów napawać się jesiennym kolorytem. Jest pięknie. Przy okazji warto posłuchać cudnego głosu nieodżałowanej Evy Cassidy w evergreenie “Autumn leaves”.
