Γιατί αλλάζει το χρώμα των φύλλων το φθινόπωρο; - Του Κωνσταντίνου Δ. Καρπούζα, Καθηγητού Φυσικής-Χημείας

Παρατηρώντας τη φύση βλέπουμε ένα εντυπωσιακό φαινόμενο που είναι οι χρωματισμοί των φύλλων στα δένδρα, τα οποία σταδιακά χάνουν το ζωηρό πράσινο χρώμα που είχαν την άνοιξη και αποκτούν κίτρινες, καφέ και κόκκινες αποχρώσεις. Τι συμβαίνει άραγε;

Η αιτία βρίσκεται στη χλωροφύλλη και στις ουσίες που αλληλοεπιδρούν με αυτήν. Σε κάθε δένδρο βέβαια υπάρχει κάποια διαφοροποίηση και έτσι προκαλούνται διαφορετικοί χρωματισμοί.

Ας πάρουμε τα πράγματα από την αρχή.

Πράσινο χρώμα

Όταν τα φύλλα είναι υγιή, το χρώμα τους είναι έντονο πράσινο, το οποίο οφείλεται στη χλωροφύλλη, αλλά όταν αυτή υποχωρεί, αλλάζουν και οι χρωματισμοί τους. Υπάρχουν τρία είδη χρωστικών ουσιών, η χλωροφύλλη που δίνει το πράσινο χρώμα, τα καροτενoειδή που δίνουν αντίστοιχα το κίτρινο, πορτοκαλί και καφέ χρώμα, και τέλος οι ανθοκυανίνες που δίνουν το κόκκινο.

Την άνοιξη και το καλοκαίρι, τα φύλλα φωτοσυνθέτουν και σε συνδυασμό με τα συστατικά που παίρνουν από το έδαφος, τα δένδρα αναπτύσσονται. Το φθινόπωρο είναι μια μεταβατική περίοδος, όπου τα φύλλα αλλάζουν χρώμα και τα δένδρα το χειμώνα απλά μένουν ζωντανά.

Τα πράσινα πακέτα της χλωροφύλλης στα φύλλα, για να κάνουν τη δουλειά τους, χρειάζονται το νερό από το έδαφος. Το νερό το ρουφούν από το χώμα οι ρίζες του δένδρου, ταξιδεύει προς τα πάνω μέσα στον κορμό και μπαίνει στα φύλλα μέσα από μικροσκοπικά σωληνάκια στα νεύρα του φύλλου.

Κίτρινο και Πορτοκαλί

Τα καροτενοειδή είναι είδος χρωστικής ουσίας και ζουν στους χλωροπλάστες των φύλλων του δένδρου, καθώς και σε άλλα φυτά, όπως οι μπανάνες, τα καρότα, το καλαμπόκι.Το φωτεινό κίτρινο - πορτοκαλί χρώμα βρίσκεται στο φύλλο, αλλά γίνεται ορατό μόνο όταν η πράσινη χλωροφύλλη αρχίζει να χάνεται.

Τις κρύες και σε μεγάλη διάρκεια νύχτες ενεργοποιείται αυτή η διαδικασία οπότε σταδιακά χάνεται το πράσινο χρώμα και εμφανίζεται το κίτρινο και το πορτοκαλί που κρύβονταν τόσο καιρό. Ένα λεπτό στρώμα από κελιά μεγαλώνει γύρω από τους σωλήνες νερού μέσα στα φύλλα και τους κλείνει. Έτσι δεν μπορεί πια να περάσει νερό σ’ αυτά. Χωρίς νερό η πράσινη χλωροφύλλη αρχίζει να εξαφανίζεται και έτσι τα υπόλοιπα χρώματα μέσα στο φύλλο – η κίτρινη ξανθοφύλλη και η πορτοκαλί καροτίνη – μπορούν να παρουσιαστούν. Τα φύλλα λοιπόν στην πραγματικότητα δεν αποκτούν άλλο χρώμα, απλά χάνουν το πράσινό τους.

Κόκκινο

Τα κόκκινα φύλλα οφείλουν το χρώμα τους στις χρωστικές ουσίες που ονομάζονται ανθοκυανίνες, οι οποίες συνήθως σχηματίζονται μόνο μετά την έναρξη του φθινοπώρου, από σάκχαρα μέσα στα κύτταρα του φυτού. Οι ίδιες κόκκινες χρωστικές δίνουν χρώμα στα κεράσια, τα σταφύλια, και άλλα, ενώ στα φύλλα εμφανίζονται ως κόκκινο, ροζ, μωβ ή ακόμα και σκούρο μπλε.

Τις ημέρες λοιπόν με ήλιο και ζέστη παράγονται πολλά σάκχαρα αλλά τις κρύες νύχτες του φθινοπώρου κλείνει η φλέβα του φύλλου, και το κόκκινο χρώμα δεν εξαπλώνεται σε όλο το φύλλο. Οι φλέβες είναι έντονα ορατές ή διαφορετικού χρώματος στα κόκκινα φύλλα.

Το νερό στα δένδρα χρησιμοποιεί τους ίδιους σωλήνες για να μεταφέρει τη ζάχαρη τριγύρω και να το θρέψει. Όταν καλύπτονται οι σωλήνες, μερικές φορές ζάχαρη παγιδεύεται μέσα στο φύλλο. Αυτή η ζάχαρη είναι η αιτία που το νερό γίνεται κόκκινο ή μωβ και χρωματίζονται αντίστοιχα και τα φύλλα.

Καφέ

Τα κύτταρα των νεκρωμένων φύλλων σπάζουν και ξεκινάει η φυσική διαδικασία της αποσύνθεσης με την παραγωγή πικρών χημικών ενώσεων, που λέγονται τανίνες. Τα φύλλα τσαγιού αλλά και τα φύλλα των σταφυλιών είναι γεμάτα με τανίνες. Το κρύο, η υγρασία, και η συννεφιά επιταχύνουν τη διαδικασία αποσύνθεσης των φύλλων των δένδρων και αποκτούν καφέ χρώμα. Όταν το νερό σταματάει να κυλάει μέσα στα φύλλα, και να παράγεται μέσα τους φαγητό, αυτά αρχίζουν να πεθαίνουν. Πρώτη είπαμε ότι πεθαίνει η πράσινη χλωροφύλλη και σταδιακά το φύλλο γίνεται καφέ συνήθως ξερό και θρυμματίζεται εύκολα.

Προετοιμασία για τον χειμώνα

Η χλωροφύλλη, που είναι χρωστική ουσία, χρησιμοποιείται για τη μετατροπή του ηλιακού φωτός σε ενέργεια για το δένδρο. Το καλοκαίρι, η χλωροφύλλη αντικαθίσταται συνεχώς στα φύλλα αλλά από το φθινόπωρο τα δένδρα αλλάζουν όψη αφού στις εύκρατες περιοχές του κόσμου, όπως στην πατρίδα μας πέφτει η θερμοκρασία και δεν υπάρχει πολύ φως του ήλιου, το οποίο επιτρέπει στα δέντρα να τρέφονται.

Τα φύλλα είναι ευαίσθητα και δεν μπορούν να επιβιώσουν τον χειμώνα, άρα το δένδρο προετοιμάζεται για το κρύο λαμβάνοντας από αυτά όλα τα χρήσιμα συστατικά πριν πέσουν. Πριν την πτώση δημιουργείται ένα στρώμα κυττάρων στη βάση του φύλλου, εκεί που ενώνεται με το δένδρο που μοιάζει με φελλό. Αυτό βοηθά στο να σφραγίσει το δένδρο και να μην στεγνώσει όταν το φύλλο πέσει.

Τα δένδρα ξαναχρησιμοποιούν το άζωτο που βρίσκεται στο μόριο της χλωροφύλλης, σε μια φυσική διαδικασία «ανακύκλωσης». Τα σημαντικά θρεπτικά συστατικά που μπορούν να χρησιμοποιηθούν αφαιρούνται από το φύλλο.

Ο χρόνος κατά τον οποίο τα φύλλα αρχίζουν να αλλάζουν χρώμα εξαρτάται ουσιαστικά από την ποσότητα του φωτός παρά από τη θερμοκρασία, κι έτσι αρχίζουν να αλλάζουν χρώμα περίπου την ίδια περίοδο κάθε χρόνο.

Όταν τα φυλλοβόλα δέντρα φτάνουν στο σημείο αυτό, οι υδατάνθρακες μεταφέρονται από τα φύλλα στον κορμό, δεν εισέρχονται νέες οργανικές ενώσεις στα φύλλα και τα δένδρα προετοιμάζονται να αποχωριστούν τα φύλλα τους.

Τα διάφορα δένδρα στη φύση έχουν διαφορετικές αναλογίες των χρωστικών ουσιών που αναφέραμε. Η ποσότητα χλωροφύλλης που απομένει και οι αναλογίες των χρωστικών καθορίζουν το χρώμα που θα πάρει τελικά το φύλλο. Ένας συνδυασμός ανθοκυανίνης και χλωροφύλλης κάνει καφέ χρώμα, ενώ οι ανθοκυανίνες και τα καροτενοειδή δημιουργούν πορτοκαλί φύλλα.

Τα φυτά με βάση τη διάρκεια ζωής χωρίζονται σε μονοετή και πολυετή.

Μονοετές είναι το φυτό που συμπληρώνει τον κύκλο της ζωής του σε μια αυξητική περίοδο κατά την οποία αναπτύσσεται με γρήγορους ρυθμούς, ανθίζει, δημιουργεί σπόρους και πεθαίνει.

Το πολυετές φυτό ζει αρκετά χρόνια και μπορεί να ανθίζει σε τακτές περιόδους. Οι βλαστοί των πολυετών ποωδών φυτών ανανεώνονται κάθε χρόνο, ενώ τα ξυλώδη πολυετή φυτά έχουν βλαστούς που διατηρούνται και αυξάνονται σε κάθε εποχή όπως ο πλάτανος. Τα πολυετή φυτά-δέντρα χωρίζονται σε αειθαλή και φυλλοβόλα.

Φυλλοβόλα είναι αυτά που ρίχνουν τα φύλλα τους και τα ξαναβγάζουν αρχές άνοιξης, όπως είναι οι ιτιές, οι λεύκες, η αμυγδαλιά. Το χειμώνα αν ένα δένδρο κρατήσει τα φύλλα του λόγω της απουσίας του φωτός και των παγωμένων ανέμων που φυσάνε θα οδηγηθεί στο θάνατο. Αυτό συμβαίνει επειδή δεν υπάρχει υγρασία.

Ρίχνοντας όμως τα φύλλα, μικραίνει η συνολική επιφάνεια του δένδρου που μένει εκτεθειμένη στον αέρα και έτσι αυτό μπορεί να κρατήσει όση υγρασία μπορεί μέσα στα κλαδιά και στον κορμό και διατηρείται και τον χειμώνα. Η υγρασία που παραμένει βοηθά στην εξοικονόμηση ενέργειας και προστατεύεται το δένδρο από τα ακραία καιρικά φαινόμενα.

Τί γίνεται με τα δένδρα που τα φύλλα τους δεν αλλάζουν χρώμα δηλαδή με τα αειθαλή η αείφυλλα;

Πρόκειται για τα φυτά-δένδρα που κρατούν τα φύλλα τους όλο το χρόνο. Τα αειθαλή φυτά ρίχνουν και αυτά τα φύλλα τους, αλλά αυτό δεν μπορούμε εύκολα να το καταλάβουμε γιατί δεν πέφτουν όλα μαζί. Στη θέση αυτών που έπεσαν, φυτρώνουν πολύ γρήγορα καινούργια. Αειθαλή δένδρα είναι το κυπαρίσσι, ο ευκάλυπτος, η μανόλια, το πεύκο.

Τα φύλλα τους είναι σκληρά, πολλές φορές μοιάζουν με βελόνες. Δεν παγώνουν το χειμώνα και δεν χάνουν νερό τόσο γρήγορα, όσο τα άλλα είδη. Συγκρατώντας το νερό μέσα τους παραμένουν ζωντανά και πράσινα ακόμη και το χειμώνα.

Τι συμβαίνει με τα πεσμένα φύλλα;

Τα πεσμένα φύλλα στο έδαφος διασπώνται από βακτήρια, μύκητες, σκουλήκια και άλλους μικροοργανισμούς και ανατροφοδοτούν το χώμα με θρεπτικά συστατικά. Γίνονται λίπασμα λοιπόν του εδάφους και επιπλέον το προφυλάσσουν από τη διάβρωση που προκαλεί η βροχή. Στη φύση τίποτα δεν χάνεται και τα πάντα έχουν τον σκοπό τους.

ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΟΣ Δ. ΚΑΡΠΟΥΖΑΣ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΦΥΣΙΚΗΣ - ΧΗΜΕΙΑΣ