Általában október közepére kialakul a gyönyörű színes őszi tájkép. De miért?

A levelek elszíneződésének biokémiai okai

A levelek zöld pigmentje a klorofill. A klorofillban elnyelt fény szolgáltatja az energiát ahhoz, hogy a növény a szén-dioxidot és a vizet oxigénné és szénhidrátokká alakítsa át (ez a fotoszintézis). A klorofill vörös és kék fényt nyel el a növényre eső napfényből, ezért a leveleket zöldnek látjuk.
A levelekben többféle különböző színű anyag található, de a zöld színű klorofill molekulák elnyomják a többi színét. A klorofill az erős napfény hatására elbomlik, de az elbomló klorofillt a növények folyamatosan pótolják. A klorofill előállításához napfényre és melegre van szükség. Nyáron tehát a klorofill rendszeresen elbomlik és újratermelődik a levelekben.
Ősszel a rövidülő nappalok és a hűvös éjszakák miatt bekövetkező változások miatt már nem keletkeznek újabb színanyagok, így a bomlás miatt folyamatosan csökken a számuk. A leggyorsabban a zöld klorofill bomlik le, ezért fokozatosan láthatóvá válnak az addig elfedett színanyagok színei is, majd később azok is lebomlanak.
Sok növény leveleiben van karotin. Ez a vegyület a zöldeskék és a kék fényt nyeli el, ezért a karotinról visszavert fény sárgának látszik. Ha egy levélben karotin és klorofill is van, a levél élénkzöldnek látszik. Az a fényenergia, amelyet a karotin nyel el, átkerül a klorofillhoz, amely ezt az energiát is a fotoszintézishez használja fel. A karotin kevésbé bomlékony vegyület, mint a klorofill, és még akkor is a levélben marad, ha a klorofill már eltűnt. Ilyenkor a levelet sárgának látjuk, például a nyírfa levelét.
A levelekben antocianinok is előfordulnak. Az antocianinok kék, kékeszöld és zöld fényt nyelnek el. Ezért az antocianinokat tartalmazó levelek vörösnek látszanak, mint például a vadszőlő levelei. Ezek a vegyületek – a klorofillal és a karotinnal ellentétben – feloldódnak a sejtnedvekben. Az általuk előállított szín nagyon érzékeny a pH-ra. Ha a sejtnedv kellően savas, a pigmentek élénkvörös színt idéznek elő, ha kevéssé savas, a szín inkább lilás. Az érett alma piros és a szőlő lilás színe az antocianinoknak köszönhető. Az antocianinok a sejtekben található cukrok és bizonyos fehérjemolekulák közötti reakció termékei. Ez a reakció nem zajlik le addig, amíg a sejtnedv cukorkoncentrációja nem elég nagy. A reakcióhoz fény is szükséges. Ezért fordul elő gyakran, hogy az alma egyik fele piros, a másik, árnyékban növekvő fele sárga.

A különböző őszi színeket a sokféle színanyag kombinációja okozza.
Sárgára színeződik: dió, gyertyán, bükk, hárs, nyírfa, kőris.
Pirosra: cseresznye, somfélék, galagonya, madárbirs, bangita, vadszőlő.

Azokban a növényekben, melyeknek magas az antocianid tartalmuk, a vörös, bordó szín lesz domináns a levelekben, bár a cukortermelés csökkenésével ez is eltűnhet. Ilyenkor a stabilabb flavonoidok és karotinoidok színe kerül előtérbe, így lesz a levél sárga vagy narancsszínű. Azokban a növényekben, melyek nagy mennyiségű cseranyagot (tannint) is tartalmaznak (pl. a tölgy), a barna szín jelenik meg ősszel a leveleken. Az őszi színkavalkádot tehát az egyes növények színanyagai közti különbségek és az anyagok bomlásának eltérő üteme alakítja ki. 

Az elszíneződés evolúciós magyarázatai
Több kutató azonban nem elégszik meg az eddig tárgyalt magyarázattal, hanem úgy véli, hogy a levelek színváltásának adaptív evolúciós háttere is van.

Napszűrő hatás. Egyesek szerint az őszi színek védenek a fény hatására bekövetkező oxidációtól. A közvetlenül fényszűrőként, közvetetten antioxidánsként viselkedő színanyagok ily módon lehetővé teszik a tápanyagok – különösen a nitrogén – hatékony visszaszívását a levelek lehullása előtt. Az elképzelés már a 19. században felbukkant, de a mai napig nem sikerült meggyőző bizonyítékot találni rá.

Rovarok és fák közös evolúciója. A feltételezés szerint az őszi színek a rovaroknak (például a levéltetveknek) szánt jelzés, amelyek ősszel a fákra vándorolnak, és tavaszig a fákat használják gazdaként. A szín figyelmeztet a jobb kémiai védekezésre vagy a rosszabb tápanyagellátásra, esetleg másvalamire, ami hátrányos a rovarok számára. Emiatt a rovarok evolúciója úgy alakul, hogy előnyben részesítik a zöld színt. Talán ez az egyik legmegalapozottabb elmélet (a kidolgozásával Archetti is foglalkozott), bár ezzel kapcsolatban is több aggály merül fel. Bár kiderült, hogy a levéltetvek valóban képesek megkülönböztetni a piros és a zöld színt, sokan azzal érvelnek, hogy a rovarokat nem a színek vonzzák vagy taszítják, hanem a kémiai anyagok.

Álcázás. Az őszi színek kevésbé észlelhetővé teszik a leveleket az ősszel a fákra költöző rovarok számára. A piros szín nem függ össze a fa tulajdonságaival, csupán álcázásként szolgál. Az utóbbi időkben azonban egyre több bizonyíték lát napvilágot arról, hogy a rovarok érzékelik a vörös színt is, így álcázási szempontból semmi értelme a színváltozásnak.

Ehetetlenség. Ebben az esetben nem magának a színnek van szerepe, hanem az antocianinok kellemetlen, illetve mérgező hatásának. Az elképzelés szerint a növényevők támadásának, illetve a gombafertőzéseknek jobban kitett fajok több antocianint termelnek, ezért színesebbek ősszel. Semmi bizonyíték nincs azonban arra, hogy az antocianinok valóban csökkentenék a növényevők vagy a gombák okozta károkat.

A felsoroltakon kívül még számos elmélettel előálltak az idők folyamán, de azok tényleg csak találgatások. Úgy tűnik, hogy az őszi színek evolúciójának rejtélye még sokáig megoldatlan marad.
Vannak a világnak olyan tájai, ahol nem jellemző a nappalok rövidülése és az éjszakai lehűlés. Az ilyen helyeken nem is indul be az előbb elmagyarázott színesedés, és a levelek zölden hullanak le. Ugye, milyen szerencsések vagyunk?

Felhasznált források:

http://emberpalanta.hu/emberpalantaknak/miert-hullanak-le-osszel-a-levelek/

http://www.kfki.hu/~cheminfo/hun/tudakozo/mm/osz.html

http://miert.webclub.hu/miert-sargulnak-meg-a-levelek-osszel

http://www.origo.hu/tudomany/20141010-miert-alakulnak-ki-a-lombhullato-erdok-oszi-szinei.html