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紅葉の科学

このところ、秋晴れが続いて夜冷え込んでるから、紅葉が一気に進んだ気がします。

さくらの紅葉

毎年、会社の桜もきれいに色づいているんですが、「さて、桜の木の葉の中で何が起きてるんだろう?」「黄色と赤の違いはなんだ?」と思ってしまった。

ということで、今回は、紅葉の科学。

まず、紅葉と言っても、黄色になる葉と赤色になる葉とある。厳密に言うと赤く変わるのを「紅葉(こうよ)」、黄色に変わるのを「黄葉(おうよう)」、褐色に変わるのを「褐葉(かつよう)」と呼ぶらしい。この時点で、そうなんだ~って感じ。

黄色になる場合と赤色になる場合では、仕組みが違うらしい。

紅葉するのは、落葉樹。つまり、夏は、緑色の葉をしている樹。

緑色の色素は「クロロフィル」という物質に起因していて、細胞の中の葉緑体の中にある。光合成をするための物質で、光を吸収して(二酸化炭素+水)を(酸素+炭水化物)に変えるためのエネルギーを供給している。植物にとっては生きていくためにとっても重要な物質(中学の理科で習ったね)。光と温かい温度で元気に分解、合成されるので、夏の葉っぱには「クロロフィル」が大量にあることになる。

落葉樹は、冬に備えて葉を落とす準備に入る。葉の付け根には「離層」というものがあって、この層の中に細い管が通っていて、水を葉に運び、光合成によってできた糖を木に送り返しているところ。秋になるころには、「離層」は膨れ上がってしまうので、水の通り道がふさがれて葉に水がいかなくなってしまう。水がいかなくなると、葉は光合成ができなくなり、落ちてしまう。これが落葉の仕組み。冬に凍らないための工夫。

〇黄色に変わる場合

「クロロフィル」のほかに「カルテノイド」という色素が関係していて、「カルテノイド」も葉緑体の中に含まれている。夏は、「クロロフィル」が大量に存在するので、緑色に見えるのだけれど、気温が低くなって「クロロフィル」生成されなくなってくると大量の「クロロフィル」に隠れて見えなかった「カルテノイド」が見えてくる。「カルテノイド」は黄色の色素を持った物質だから黄色になるんだね。イチョウ、ブナ、シラカバが黄葉する樹。

〇赤色に変わる場合

なんと「アントシアニン」が関係するんだって。

「アントシアニン」は、細胞液の中に溶けていて、細胞液のpHによって色が変わり、強酸性だと赤、弱酸性では紫に変わる色素を持っている(これは、みんなのラボコラムのかめきち先生の焼きそばの実験でやってたね)

「アントシアニン」は、細胞液中の糖とたんぱく質の反応によって作られる。この反応は、糖が大量にないと起こらな反応。だから、気温が低くなって「離層」が膨らんで水が通らなくなった葉には、糖が大量に存在。すると、「アントシアニン」が生成されて、葉が赤くなる、というわけ。カエデ、ナナカマドなどが紅葉する樹。

ちなみに、針葉樹は、一年中緑色。針葉樹は、葉の中に水分が凍りにくい成分を作るため、寒いところでも生きていけるんだって。どんな成分かはいずれまた・・・

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