گیاهان «چند ساله» به مدت بیش از دو سال زنده می‌مانند. این دسته شامل درخت و درختچه و همچنین گیاهان علفی با ساقه نرم و گوشتی می‌شود. هنگامی که زمستان فرا می‌رسد، قسمتهای چوبی درخت و درختچه می‌توانند در زمستان دوام آورند. قسمت‌هایی از گیاهان علفی (برگ و ساقه) که در بالای سطح زمین قرار دارند از بین می‌روند اما بخشهای زیر زمینی مانند (ریشه و پیاز گیاه) زنده می‌مانند. در زمستان، گیاهان به خواب می‌روند و از غذای ذخیره شده تا فصل بهار استفاده می‌کنند.
با رشد گیاه، برگهای فرسوده و قدیمی‌تر ریخته و انواع تازه رشد می‌کنند. این امر دارای اهمیت است به این دلیل که برگها در طول زمان به وسیله حشرات، بیماری یا آب و هوا آسیب می‌بینند. عمل برگ ریزی و جایگزینی، تمام مدت ادامه دارد. به علاوه درختان برگ ریز مانند افرا، بلوط و نارون در پاییز تمام برگهای خود را از دست داده و برای گذران زمستان آماده می‌شوند.
گیاهان «همیشه سبز یا همیشه بهار» در طول زمستان بیشتر برگهای خود را از دست نمی دهند و همچنان حفظ می‌کنند. آنها دارای برگهای ویژه‌ای هستند که در برابر سرما و از دست رفتن رطوبت مقاوم می‌باشند. بعضی از آنها مانند درخت کاج و صنوبر دارای برگهای سوزنی بلند هستند. درختان دیگری مانند راج دارای برگهای پهن با سطح زمخت و مومی می‌باشند. در روزهای بسیار سرد و خشک این برگها گاهی به منظور کاهش سطح بی پناه خود، جمع می‌شوند. درختان همیشه بهار ممکن است در طول زمستان و تا زمانی که آب کافی دریافت کنند، به فتوسنتز ادامه دهند اما این واکنشها در هوای سردتر آهسته‌تر رخ خواهد داد.
در طول روزهای تابستان، برگها ممکن است گلوکز بیشتر از نیاز گیاه جهت تأمین انرژی و رشد تولید کنند. مازاد آن به نشاسته تبدیل شده و تا زمان نیاز ذخیره می‌شود. با کوتاه‌تر شدن روشنایی روز در فصل پاییز، گیاهان شروع به متوقف ساختن تولید غذای خود می‌کنند.
برگهای درختان برگ ریز پیش از آن که نهایتاً در پاییز از شاخه فرو ریزند، دستخوش تغییرات بسیاری می‌شوند. برگ این درختان در واقع از زمان شروع رشد در بهار، خود را آماده فصل پاییز می‌نمایند. در پایه یا بن هر برگ، لایه‌ی به خصوصی از سلولهایی تحت عنوان «جدا ساز» یا جدا کننده وجود دارد. در تمام طول تابستان لوله‌های کوچکی که از میان این لایه عبور می‌کنند آب را به برگ رسانده و مواد غذایی را به درخت باز می‌گردانند. در زمستان، گیاهان به خواب می‌روند و از غذای ذخیره شده تا فصل بهار استفاده می‌کنند. در پاییز، سلولهای موجود در لایه جدا ساز شروع به تورم کرده و ماده‌ای چوب پنبه‌ای مانند را تشکیل می‌دهند و جریان میان برگ و درخت را کاهش داده و در نهایت قطع می‌کنند. به این ترتیب گلوکز و مواد زائد در برگ به دام می‌افتند. کلروفیل بدون وجود آب شیرین جهت تجدید آن، شروع به ناپدید شدن می‌کند.
رنگ قرمز و سرخابی برگ درختان پاییزی ناشی از رنگدانه‌های آنتوسیانین است. اینها آنتی اکسیدانهای قوی‌ای هستند که در بسیاری گیاهان از جمله چغندر، سیب قرمز، انگور بنفش و گلهایی مانند بنفشه و سنبل به طور معمول یافت می‌شوند. در بعضی برگها مانند برگهای درخت افرا این رنگدانه‌ها در پاییز از گلوکز به دام افتاده، تولید می‌شوند.
به چه علت گیاه جهت تولید این رنگدانه‌ها از انرژی استفاده می‌کند در حالی که قرار است به زودی برگهای آن فرو ریزند؟ بعضی دانشمندان بر این باورند که آنتوسیانین‌ها به درختان جهت حفظ کمی طولانی‌تر برگهای خود کمک می‌کنند. این رنگدانه‌ها از برگها در برابر خورشید محافظت کرده و نقطه انجماد آنها را پایین آورده و آنها را در برابر یخ زدگی محافظت می‌کنند. برگها مدت زمان طولانی‌تری بر روی درخت باقی مانده و قند، نیتروژن و سایر مواد با ارزش می‌توانند پیش از افتادن برگ انتقال یابند. علت ممکن دیگر این گونه عنوان می‌شود که به هنگام فساد برگها، آنتوسیانین‌ها به درون زمین تراوش کرده و از رشد گونه‌های دیگر گیاهان در بهار جلوگیری می‌کنند.
رنگ قهوه‌ای برگها در پاییز ناشی از تانن است که یک ماده زائد تلخ است. سایر رنگها که در تمام مدت وجود دارند به هنگام از بین رفتن کلروفیل نمایان می‌شوند. رنگ نارنجی از کاروتن و زرد از گزانتوفیل به دست می‌آیند. اینها رنگدانه‌های رایجی هستند که همچنین در گلها و مواد غذایی مانند هویج، موز و زرده تخم مرغ یافت می‌شوند. از نقش دقیق این رنگدانه‌ها اطلاع نداریم اما دانشمندان تصور می‌کنند که این رنگدانه‌ها ممکن است به نوعی در فتوسنتز نقش داشته باشند. ترکیبات متفاوت از این رنگدانه‌ها طیف وسیعی از رنگها را در هر پاییز به ما نشان می‌دهند.
همان طور که سلولهای موجود در پایه یا بن لایه جدا ساز میان برگ و درخت مانع به وجود می‌آورند، سلولهای بالای لایه جدا ساز شروع به فرو پاشی می‌کنند. آنها یک خط پارگی را ایجاد کرده و در نهایت برگ از درخت فرو می‌افتد.
سؤال مهم دیگری که باقی می‌ماند این است که چه چیزی موجب به وجود آمدن این منظره با شکوه می‌شود؟ بهترین مکان در جهان جهت تماشای رنگهای پاییزی احتمالاً شرق ایالات متحده به دلیل آب و هوا در این منطقه و وجود گونه‌های گسترده‌ای از درختان برگ ریز است. زنده‌ترین رنگها در زمان فرا رسیدن اواخر تابستان و روزهای آفتاب درخشان و شبهای سرد (کمتر از 40 درجه فارنهایت یا چهار و نیم درجه سانتیگراد) پاییزی قابل مشاهده هستند. در این هنگام درختان رنگدانه‌های آنتوسیانین بسیاری تولید می‌کنند. پاییز با روزهای ابری و شبهای سرد رنگهای قهوه‌ای مایل به زرد را به ارمغان می‌آورد. و شبنم یخ زده به سرعت به رنگ زیبای برگهای پاییزی خاتمه می‌دهد.
منبع: ساینس مِید سیمپل