چرا برگ درختان در پاییز تغییر می‌کند؟

فرادید | لابد همچون اغلب مردم اعتقاد دارید «پادشاه فصل‌ها، پاییز» است. این لقب پادشاهیِ شاعرانه را به خاطر زیباییِ وصف ناشدنی طبیعت و برگ درختان به پاییز داده‌اند. اما آیا تا بحال از خود پرسیده‌اید که چرا برگ درختان در پاییز، به رنگ طلایی و نارنجی در می‌آید.
‌
به گزارش فرادید؛ می‌توان گفت از وقتی به یاد داریم با فرا رسیدن فصل پاییز، برگ درختان از رنگ سبز به سمت قرمز و زرد می‌روند. همه ما بار‌ها در ذهن خود علت این تغییر رنگ را جست‌وجو کرده ایم. با آغاز فصل پاییز برگ درختان به سمت رنگ‌های قرمز و نارنجی و زرد می‌رود، ترکیب رنگی که هرسال بدون اینکه خسته کننده به نظر آید همیشه دل و قلب ما را گرم کرده است. این جهان پر از شگفتی‌های کوچک بزرگ است، شاید برایتان جالب باشد که برگ درختان هر منطقه در کره زمین در فصل پاییز رنگ‌های متفاوتی دارند، برگ‌های پاییزی درختان آمریکا و آسیای شرقی به رنگ قرمز و اروپای مرکزی و جنوبی به رنگ زرد است. با ما همراه باشید تا علل علمی تغییر رنگ برگ درختان در پاییز را بفهمیم.

با فرارسیدن فصل پاییز و زمستان، مجموعه از فرآیند‌های شیمیایی در درختان رخ می‌دهد که باعث تغییر رنگ برگ‌ها می‌شود. در طول فصول گرم، برگ درختان به‌مثابه یک کارخانه عمل کرده و وظیفه تهیه غذای کافی برای رشد درختان را برعهده دارند. سلول‌های ریز فراوانی بر روی برگ‌ها وجود دارند که وظیفه آن‌ها ساخت مواد غذایی درخت است، این سلول‌های ریز به بافت‌های سنتزی مزوفیل که میان دو بشره زبرین و زیرین برگ قرار دارد، تعلق دارند. در برخی موارد بافت مورد نظر را کلرانشیم می‌نامند چرا که سلول‌های این بافت سرشار از کلروپلاست هستند. کلروپلاست در خود اجسام سبز ریزی به نام کلروفیل دارد که عامل ایجاد رنگ در برگ‌ها هستند.

رگبرگ‌های بسیاری که شامل سلول‌های آوند چوبی و آبکش می‌باشد، در میان سلول‌های فتوسنتزی برگ قرار گرفته اند. رگبرگ‌ها، آب و مواد معدنی را به داخل برگ هدایت کرده و فرآورده‌های فتوسنتزی را به خارج از برگ می‌فرستند. در نهایت رگبرگ‌ها به رگبرگ اصلی متصل شده که بعد از عبور از دمبرگ به سیستم آوندی اصلی گیاه پیوند خورده است. کلروفیل‌ها با ترکیب کربن بدست آمده از هوا، با هیدروژن، اکسیژن و مواد معدنی گوناگون موجود در آب و راه فرآیند فتوسنتز، غذای مورد نیاز گیاه را فراهم می‌سازند.

در فصل پاییز با رسیدن فصل سرما به دلیل کمبود نور و مواد غذایی کافی، فرآیند‌های حیاتی در برگ درخت کاهش می‌یابد و عملا فعالیت برگ به پایان می‌رسد. در هنگام کاهش فعالیت تولید غذا در برگ، کلروفیل موجود به اجزای تشکیل دهنده خود تجزیه شده و مواد بدست آمده در تنه درخت برای استفاده در بهار پیش‌رو، ذخیره می‌شود. بعد از تجزیه مواد موجود در برگ تنها یک ماده آبکی در حفره‌های سلولی برگ باقی می‌ماند که دارای مقداری قطرات چربی، بلور و تعداد معدودی اجسام زرد رنگ است که به شدت نور را بازتاب می‌کنند. تمامی این فرآیند‌ها را می‌توان علت زرد شدن برگ‌ها در پاییز بیان کرد. در بیشتر موارد، قند موجود در برگ‌ها بیش از میزانی است که قادر باشد به سرعت در درخت منتقل و ذخیره شود. ترکیب شیمیایی قند با دیگر مواد داخل برگ‌ها باعث به وجود آمد ترکیبی از رنگ‌های متنوع بین قرمز روشن و قرمز مایل به قهوه‌ای می‌شود.

با شروع فرآیند تغییر رنگ برگ ها، خزان برگ‌ها شروع شده و بر اثر عواملی مانند کوتاه شدن طول روز و کاهش دما برگ درختان شروع به ریزش می‌کنند. در نقطه اتصال دمبرگ به تنه درخت، مجموعه‌ای از سلول‌های خاص تکامل یافته و به مرور بافتی که برگ را به درخت متصل نگه می‌دارد سست شده و در نهایت برگ جدا می‌شود. در اغلب موارد، سلول‌های پارانشیمنی لایه ریزش از سلول‌های اطراف کوچکتر هستند و علاوه براین عناصر آوندی نیز کوتاه بوده و در دسته‌های آوندی ناحیه ریزش هیچگونه فیبری وجود ندارد. همگی این عوامل ناحیه‌ای که برگ به تنه درخت چسبیده را به نقطه ضعیفی تبدیل کرده است.

برگ‌ها قبل از فروریختن با تغییرات بی شماری در ناحیه ریزش روبرو می‌شوند. اغلب در این ناحیه تعدادی تقسیم سلولی رخ می‌دهد و لایه‌هایی از سلول‌ها به شکل آجر در کل عرض پایه دمبرگ به وجود می‌آیند. در سلول‌های ناحیه ریزش تغییرات فعال متابولیسمی انجام می‌شود که باعث تجزیه جزئی دیواره سلول یا تیغه میانی شده و بدین ترتیب سلول‌ها از هم جدا می‌شوند. در این مرحله با وزش باد و هر تکان دیگری، در نهایت اتصال آوندی گسسته و برگ از درخت می‌افتد. با افتادن برگ به سرعت درخت بنابه طبیعتی که دارد جای بریدگی را ترمیم می‌کند. پس از هربار افتادن برگ از درخت، یک لایه چوب پنبه‌ای بر روی بقایای دمبرگ تشکیل می‌شود؛ علت تشکیل این لایه محافظت از گیاه در مقابل حملات میکروبی و اتلاف آب است.

ریزش برگ درختان یک حرکت هوشمندانه طبیعت برای حفظ شاخه درختان در فصل زمستان است. با فرا رسیدن فصل زمستان با ریزش برگان این امکان برای درختان به وجود می‌آید که با سهولت بیشتری سنگینی برف و یخ زمستان را تحمل کنند. در برخی مناطق گرم و خشک که به ندرت بارش برف و یخبندان وجود دارد، برخی از درختان پهن برگ همیشه سبز هستند. اما مخروطیان (کاج ها، سرو‌ها و نرادها) برخلاف پهن برگان زمان مشخصی برای ریزش برگ ندارند.

دانشمندان و محققان زیادی سال‌ها در پی کشف علت تغییر رنگ برگ درختان بوده اند، "یارمو هولوپانین" از دانشگاه کوپیو در فنلاند تئوری جدیدی را در مجله علمی "نیو فیتولوژیست" مطرح کرده است. هولوپانین نشان می‌دهد که علت اصلی تفاوت رنگ برگ‌ها در مناطق مختلف در جهان، مهاجرت‌های بزرگ در میلیون‌ها سال قبل در زمین و تغییرات آب وهوایی می‌باشد.

همان طور که در بخش قبل توضیح دادیم در فصل‌های سرد به نوعی درختان به خواب زمستانی رفته و فعالیت‌های خود را کاهش می‌دهند. تعداد رنگدانه زرد نیز در برگ‌ها وجود دارد که با کاهش فعالیت تولید عذا در برگ ها، رنگ سبز کلروفیل کاهش یافته و رنگدانه‌های زرد باقی می‌مانند. موضوع نحوه تولید شدن رنگدانه‌های قرمز در برگ بحث جدیدی است که برای آن عواملی متعددی را در نظر گرفته اند. در مورد رنگدانه‌های قرمز وضعیت جالب‌تر می‌شود، در حقیقت این رنگدانه‌ها در برگ وجود ندارند و با ظاهر شدن اولین نشانه‌های فصل پاییز، رنگدانه‌های قرمز در برگ تولید می‌شوند.

برخی علت به وجود آمدن رنگدانه قرمز را پخش و هدایت دوباره آمینواسید‌ها به قسمت‌های دیگر درخت بیان می‌کنند، برخی دیگر نیز استراتژی دفاعی گیاه در مبارزه با حشرات را علل قرمزی برگ‌ها مطرح کرده‌اند. گفته می‌شود شته‌ها در هنگام مکیدن مولکول‌های آلی برگان به رنگ زرد جذب شده و از رنگدانه‌های قرمز دوری می‌کنند. برتری رنگ سرخ بر زرد در برگ‌ها نتیجه یک مبارزه طولانی تکامل میان حشرات و گیاهان است.

پروفسور هولوپانین معتقد است ایجاد تفاوت در رنگ‌های درختان در پاییز از ۳۵ میلیون سال شروع شده است. در آن زمان، زمین ما سرتاسر از جنگل‌های سرسبز حاره‌ای پوشیده شده بود. بعد از آغاز دوره یخبندان و خشکسالی در زمین بسیاری از درختان به دلیل شرایط سخت در تولید مواد مغذی دستخوش تکامل شده و به درختانی با برگ ریز تبدیل شدند. تکامل و فرگشت درختان از همان ابتدای پیدایش آن‌ها بروی زمین آغاز شده و تا به الان نیز ادامه یافته است.

درختان برای دفع آفت و مبارزه با حشرات موذی فرایند تولید رنگدانه‌های سرخ را توسعه دادند. در مناطق آمریکای شمالی و آسیای شرقی نسبت به دیگر مناطق زمین، در فصل پاییز شاهد برگ‌های پاییز سرخ رنگی هستیم. با مهاجرت گیاهان و حیوانات از عرض‌های جغرافیایی پایین‌تر به عرض‌های جغرافیایی بالاتر در این مناطق، حشرات و آفت‌های بیشتری نیز به این مناطق کشیده شدند؛ بنابراین درختان رنگدانه‌های قرمز را تولید می‌کنند تا جنگ برای بقا بدون وقفه ادامه یابد.