Отвечаем почемуч­кам: почему осенью листья на деревьях желтеют

Осенью под ногами можно увидеть ковер из желтых, оранжевых, красных и даже фиолетовых листьев.

Такое разнообразие возможно благодаря пигментам: в листьях разных деревьев они могут быть разными.

В рубрике «Отвечаем почемучкам» помогаем родителям отвечать на детские вопросы, которые когда-то волновали каждого из нас. Для дошкольников — коротко и понятно. Для ребят постарше — глубже и с опорой на науку.

Объясняем, почему летом листья зеленые, а осенью становятся разноцветными и как можно извлечь эти красители.

Летом в листьях растений много хлорофилла. Эта молекула участвует в фотосинтезе — поглощает энергию солнечного света, чтобы растения могли производить питательные вещества из воды и углекислого газа. Молекулы хлорофилла со временем распадаются, но растения постоянно пополняют его запасы. Хлорофилл зеленый — именно он придает листьям их цвет.

Осенью холодает, день становится короче и растения перестают синтезировать хлорофилл. Когда он распадается, мы видим цвета других пигментов, которые всегда есть в листьях, — желтых ксантоцианов и оранжевых каротиноидов. А перед тем как сбрасывать листву, многие растения синтезируют еще и красные и фиолетовые пигменты — антоцианы.

🍃 Листья у большинства растений зеленые. Цвет им придает ключевая молекула фотосинтеза — хлорофилл. Этот зеленый пигмент поглощает часть солнечного света, падающего на листья. Энергия этого света помогает растениям строить из воды и углекислого газа питательные вещества, например крахмал и глюкозу.

Молекулы хлорофилла со временем распадаются, а без него невозможно получать солнечную энергию, поэтому растения постоянно синтезируют его в теплое время года.

🍂 В листьях есть и другие пигменты — каротиноиды. Это желтые и оранжевые ксантофиллы и оранжевый каротин. Они тоже участвуют в фотосинтезе, передавая часть поглощенного света хлорофиллу, а также поглощают излишки солнечного света и защищают клетки листьев от повреждений — подобно тому, как защищает клетки кожи солнцезащитный крем.

Каротиноиды отвечают за характерный цвет многих растений и животных, например моркови, тыквы, кукурузы, яичного желтка, креветок и лосося. Но пока в листьях много темно-зеленого хлорофилла, более светлые цвета и оттенки на его фоне просто не видны.

Осенью день становится короче и на листья попадает меньше света. Растения уже не могут получать из солнечного света достаточно энергии, чтобы обновлять в листьях хлорофилл. И когда он распадается, ничто больше не мешает увидеть более светлые желтые и оранжевые цвета каротиноидов.

Чуть позже листья многих растений становятся красными, а у некоторых — даже фиолетовыми. В эти цвета их окрашивают антоцианы — пигменты, которые также отвечают за цвет малины, вишни, голубики, черной смородины, черного винограда, краснокочанной капусты и многих других красно-фиолетовых плодов и цветов.

Летом в листьях нет антоцианов: растения синтезируют их незадолго до того, как сбросить листву. Растения не тратят питательные вещества и энергию на бесполезные во время морозов и короткого светового дня листья и сбрасывают их: так легче пережить зиму.

Чтобы синтезировать антоцианы, требуется много энергии. Зачем именно растения их производят, если после этого все равно сбрасывают листья, ученые пока точно не знают. Есть два основных предположения на этот счет.

☀️ Антоцианы защищают от избытка света. Это наиболее вероятная гипотеза. Осенью в листьях остается мало хлорофилла, который летом перерабатывает часть падающего света, а излишки отражает.

Избыток света может повредить растениям: он вызывает множество химических реакций, в результате которых образуются вредные вещества. Антоцианы поглощают избыток света и защищают клетки листьев от разрушения вредными веществами, пока растения транспортируют из них накопленные за лето питательные вещества в ветви, ствол и корни. После того как растение извлекает все нужное, оно сбрасывает листья.

🐞 Антоцианы отпугивают вредителей. Яркие красные цвета могут работать как предупреждающая окраска, своеобразная демонстрация силы дерева. Она предупреждает насекомых-вредителей, например тлю, о том, что откладывать на листьях яйца может быть небезопасно и, чтобы перезимовать, стоит выбрать растение послабее. Это снижает количество вредителей на дереве весной.

Растворами красителей, полученных из листьев, можно рисовать на бумаге, окрашивать ткань или кожу. Вот как их добыть:

1. Возьмите несколько зеленых листьев деревьев одного вида. Нарежьте их мелкими кусочками, разомните ложкой или толкушкой и положите в чашку или стакан — лучше стеклянный.
2. Залейте небольшим количеством изопропилового спирта. Чашку или стакан можно поставить в горячую воду или на водяную баню.
3. Через 1—2 часа красители перейдут в раствор и спирт окрасится в зеленый цвет.
4. Возьмите лабораторную фильтровальную бумагу и вырежьте из нее полоску шириной 4—5 см. Вместо лабораторных фильтров можно использовать белый бумажный фильтр для кофе, если он есть под рукой.
5. На один конец полоски в 1—2 см от края капните несколько капель полученного раствора красителя — в виде кляксы или поперечной полосы.
6. Возьмите чистый стакан и налейте в него изопропиловый спирт, чтобы он покрывал дно емкости примерно на 5 мм. Опустите полоску в стакан, погрузив конец с кляксой в спирт.

Изопропанол будет пропитывать полоску и поползет вверх, унося с собой красители из кляксы. Разные вещества двигаются по бумаге с разной скоростью, поэтому вскоре можно будет увидеть несколько поперечных полосок разных цветов. Такой метод, который дает возможность разделить смешанные цвета и посмотреть, из каких именно красителей они состоят, называют хроматографией.

Можно экспериментировать с листьями разного цвета и разных растений.

Если ребенок заинтересовался фактами про растения и ботанику в целом, вот что еще можно ему предложить:

• выпуск «Смешариков» о том, откуда берется кислород. В мультфильме герои красочно и понятно рассказывают о фотосинтезе. Будет интересно даже малышам;
• настольную игру для дошкольников и учеников начальных классов «С какого дерева листок». Она познакомит ребенка с лиственными и хвойными деревьями средней полосы, научит определять дерево по листьям, плодам, шишкам, семенам;
• иллюстрированную инструкцию о том, как добыть из растений красители. Автор извлек красный цвет из свеклы, желтый — из одуванчиков, а зеленый — из травы. Попробуйте и вы!
• книгу «Для чего деревьям листья» советского писателя Феликса Льва. Она была издана в 1967 году. Автор объясняет основы ботаники, а качественные иллюстрации и верстка отлично дополняют сказанное и будто оправляют в прошлое. Купить ее может быть сложно, но в крайнем случае можно посмотреть диафильм, снятый по книге в 1989 году;
• книгу «Мой гербарий. Листья деревьев», написанную ученым-биологом Анной Васильевой. Она рассказывает детям, как различать деревья разных пород и как выглядят их листья;
• статью про антоцианы на портале «Элементы». Она написана кандидатом биологических наук и будет полезна школьникам, которые уже изучают химию и хотят узнать больше о чудо-овощах, например картофеле, капусте и перце с фиолетовой окраской;
• книгу «Волшебство и тайна деревьев». Автор Джен Грин написала ее в сотрудничестве с Королевским садоводческим обществом, RHS, — одной из ведущих садоводческих организаций в мире. Под обложкой — удивительные факты о лесе и необычных деревьях со всего мира;
• книгу Стефана Каста «Софи в мире деревьев». В ней много примеров того, как люди используют деревья в своей жизни. И речь не только о бумаге — из разных деревьев делают музыкальные инструменты и военные корабли, зубочистки и уголь для рисования, палочки для мороженого и лыжи;
• настольную игру «Листопад» — логическую головоломку, которая не связана с наукой. Тем не менее это уютная и ламповая игра развивает внимательность и умение думать наперед. Понравится тем, кто наслаждается осенью и любит вглядываться в узоры из листьев под ногами.

Другие вопросы почемучек, на которые мы ответили:

1. Почему море соленое?
2. Куда падают звезды?
3. Почему арбуз — не ягода?
4. Почему облака не падают на землю?