چرا برگ‌ها تغییر رنگ می‌دهند

آیا تا کنون فکر کرده‌اید که چرا در پاییز برگ‌ها تغییر رنگ ‌می‌دهند؟ این یکی از زیباترین نشانه‌های تغییر فصل در طبیعت است.
حتماً تا کنون در پارک و زیر سایه‌ی درختان بزرگ از قدم زدن لذت برده‌اید؛ یا شاید پیش آمده باشد که کودکان خود را در حال بازی اطراف درختان بزرگ پارک نزدیک منزل خود، تماشا کنید. سپس ناگهان با فرا رسیدن پاییز شاهد تغییر رنگ برگ‌ها از سبز به زرد شعله‌ای، نارنجی، یا قرمز بوده‌اید. در درون این غول‌های مهربان چه اتفاقی می‌افتد که ناگهان به این شدت تغییر می‌کنند؟

منشأ رنگ برگ‌ها چیست؟

هر برگ درخت یک کارخانه‌ی کوچک است که بی ‌وقفه برای تولید غذا کار می‌کند؛ این غذا در واقع انرژی است. رنگ برگ‌ها از وجود سه رنگ ‌دانه‌ی بسیار مهم در سلول گیاهی نشأت می‌گیرد. اولین رنگ ‌دانه‌ کلرو فیل است که به رنگ سبز دیده می‌شود. کلرو فیل مهم‌ترین رنگ‌دانه‌ی سلول‌های گیاهی است که در حضور نور خورشید به تولید مواد غذایی کمک می‌کند. رنگ ‌دانه‌ی کاروتنوئید مولد رنگ‌های زرد، نارنجی و قهوه‌ای در برگ است. کاروتنوئیدها هم چنین در میوه‌ها و سبزیجاتی از قبیل هویج، موز، ذرت و ... وجود دارند. علت بروز رنگ قرمز حضور آنتوسیانین‌ها است. این رنگ ‌دانه هم چنین مولد رنگ قرمز در گیلاس، سیب قرمز، توت فرنگی، زغال اخته و برخی میوه‌ها و سبزیجات قرمز رنگ دیگر است. کلرو فیل در برگ، کاروتنوئیدها را پوشش می‌دهد و به این دلیل در طول تابستان برگ‌ها به رنگ سبز دیده می‌شوند.

عمل کرد رنگ ‌دانه‌ها به چه ترتیب است؟

در طول تابستان میزان رنگ ‌دانه‌های کلرو فیل در برگ‌های فعال نسبت به سایر رنگ دانه‌ها بسیار بیش‌تر است. این رنگ ‌دانه نور آبی و قرمز را از پرتوهای خورشید جذب می‌کند و این دو رنگ، از نوری که از برگ‌ها منعکس می‌شود کم می‌شوند. به این دلیل برگ‌ها به رنگ سبز دیده می‌شوند. مولکول کلروفیل (C55H7MgN4O6) مولکولی بزرگ است که در مایع سلولی سلول‌های گیاهی حل نمی‌شود. این رنگ ‌دانه به کلرو پلاست متصل است؛ کلرو پلاست اندامک دیسک مانندی در داخل سلول‌های گیاهی است. مراحل فتو سنتز در کلرو پلاست رخ می‌دهند. انرژی نوری به انرژی شیمیایی تبدیل می‌شود و انرژی شیمیایی باعث تبدیل آب و دی اکسید کربن به اکسیژن و کربو هیدرات می‌شود.
این واکنش، واکنشی گرما گیر است و طی آن انرژی نوری که به انرژی شیمیایی تبدیل می‌شود، به صورت قند و نشاسته در برگ ذخیره می‌شود. کلرو فیل به راحتی در نور آفتاب تجزیه می‌شود و به این ترتیب گیاهان به صورت مداوم در حال تولید کلروفیل هستند تا تعادل آن حفظ شود. کلرو فیل در حضور نور خورشید و هوای گرم سنتز (تولید) می‌شود.
کاروتنوئید موجود در برگ، نور سبز- آبی و نور آبی را از پرتوهای خورشید جذب می‌کند. به این ترتیب نور منعکس شده از برگ به رنگ زرد دیده‌ می‌شود. کاروتنوئید (C40H36) هم چنین در کلرو پلاست بیش‌تر گیاهان حضور دارد. به هنگام حضور هم ‌زمان کاروتنوئید و کلروفیل در کلرو پلاست، برگ‌ها به رنگ سبز دیده می‌شوند و نور آبی و سبز - آبی از برگ منعکس می‌شود. کاروتن‌ها انرژی نوری را جذب کرده و آن را به شکل کلرو فیل در می‌آورند. کاروتنوئید‌ها در مقایسه با کلرو فیل عناصر پایدارتری هستند. بنا بر این هنگامی‌که کلرو فیل به کلی تجزیه می‌شود، برگ‌ها به رنگ زرد در می‌آیند.
آنتوسیانین‌ها نورهای آبی، سبز - آبی، و سبز را جذب می‌کنند. به این ترتیب نور منعکس شده از برگ به رنگ قرمز دیده می‌شود. آنتوسیانین‌ها در شیره‌ی سلولی برگ‌ها حل می‌شوند. این رنگ ‌دانه‌ها به pH شیره‌ی سلولی حساس‌اند و به این صورت منجر به تولید رنگ در برگ می‌شوند. اگر اسیدیته‌ی شیره‌ی سلولی نرمال باشد، رنگ تولید شده قرمز روشن است و میزان اسیدیته‌ی پایین‌تر باعث ایجاد سایه‌ای بنفش رنگ می‌شود. آنتوسیانین‌ها به دنبال واکنش میان قند و پروتئین‌های خاص در شیره‌ی سلولی، و در حضور نور تولید می‌شوند. بنا بر این معمولاً سیب‌ها از یک طرف کاملاً قرمز بوده و در طرف دیگر کمی سبزترند، چرا که نور به صورت یک سان به تمام سطح سیب نمی‌رسد.

چرا برگ‌ها در طول پاییز تغییر رنگ می‌دهند؟

در پاییز طول روز کاهش می‌یابد و تغییرات زیادی در دما ایجاد می‌شود. همان گونه که در بالا ذکر شد، رنگ‌دانه‌های کلرو فیل در حضور نور خورشید تولید می‌شوند. در طول پاییز کلرو فیل کم‌تری تولید می‌شود، چرا که روزها کوتاه‌تر هستند. میزان تجزیه‌ی کلرو فیل بدون تغییر باقی می‌ماند اما نرخ تولید آن کم می‌شود. به این ترتیب رنگ سبز برگ‌ها محو می‌شود.
کاروتنوئیدهای موجود در برگ به سرعتِ مولکول‌های کلرو فیل تجزیه نمی‌شوند چرا که آن‌ها پایدارتر هستند. هم چنین تولید کاروتنوئید به وجود نور بستگی ندارد. بنا بر این هم زمان با کاهش مولکول‌های کلرو فیل، تعداد مولکول‌های کاروتنوئید افزایش میابد. به این ترتیب رنگ برگ‌ها به نارنجی، زرد و حتی قرمز تبدیل می‌شود. یکی دیگر از رنگ ‌دانه‌های موجود در برگ، آنتو سیانین است. اگر برگ‌ها حاوی آنتو سیانین باشند، با کاهش مولکول‌های کلرو فیل، رنگ برگ به این رنگ ‌دانه‌ها بستگی دارد. بنا بر این برگ‌ها به علت وجود مقادیر زیاد آنتو سیانین به رنگ قرمز یا ارغوانی در می‌آیند.
اگر کاروتنوئید و آنتو سیانین هم زمان در برگ حضور داشته باشند، رنگ برگ نارنجی خواهد بود. در صورت عدم وجود این دو رنگ ‌دانه، سایر ترکیبات شیمیایی موجود در برگ همانند تانن‌ها، برگ را قهوه‌ای رنگ می‌کنند. به عنوان مثال برگ درخت بلوط به رنگ قهوه‌ای در می‌آید. دما در تغییر رنگ برگ‌ها نقش عمده‌ای دارد. اگر روزها گرم باشند، رنگ‌ها روشن خواهند بود، همان‌ گونه که آنتو سیانین‌ به حضور نور نیاز دارد. در صورتی ابری بودن آسمان یا کم بودن شدت نور، برگ‌ها به رنگ‌ قهوه‌ای یا زرد خواهند بود.
پس از آن‌که برگ از درخت به زمین می‌افتد، رنگ ‌دانه‌های زرد و قرمز به سرعت تجزیه و متلاشی می‌شوند. رنگ برگ‌های مرده قهوه‌ای است. خیلی زود فرش بزرگی از برگ‌های خشک شده و قهوه‌ای رنگ بر زمین گسترده می‌شود و درختان با شکوه بدون لباس برگی خود پا بر جا خواهند بود.