Яка речовина забарвлює листя. Дерева та чагарники восени

«Ліс, точно терем розписний, фіолетовий, золотий, багряний»

Зміна забарвлення листя – одна з перших прийме осені. Багато яскравих барв у осінньому лісі! Берези, ясені і липи жовтіють, рожевіють листя бруслини, червоно-червоними стає візерункове листя горобини, помаранчевим і багряним листям осик. Чим же обумовлено це різноманіття кольорів?

У листі рослин поряд із зеленим хлорофілом містяться інші пігменти. Для того, щоб переконатися в цьому, зробимо простий досвід. Насамперед приготуємо витяжку хлорофілу, як це було описано нами вище. Разом із хлорофілом у спирті знаходяться також жовті пігменти. Щоб розділити їх, невелика кількість спиртової витяжки (близько двох мілілітрів) наллємо в пробірку, додамо дві краплі води та близько 4 мілілітрів бензину. Вода вводиться у тому, щоб легше відбувалося розшарування двох рідин. Закривши пробірку пробкою або пальцем, слід енергійно струсити її. Незабаром можна помітити, що нижній (спиртовий) шар забарвився золотисто-жовтий колір, а верхній (бензиновий) – смарагдово-зелений. Зелене фарбування бензину пояснюється тим, що хлорофіл краще розчиняється в бензині, ніж у спирті, тому при струшуванні він зазвичай повністю переходить у бензиновий шар.

Золотисто-жовте забарвлення спиртового шару пов'язане з присутністю ксантофілу, речовини, нерозчинної в бензині. Його формула С40Н56О2. За хімічною природою ксантофіл близький до каротину, що присутня в корінні моркви, - С40Н56, тому їх об'єднують в одну групу - каротиноїдів. Але каротин також є в листі зелених рослин, тільки він, як і хлорофіл, краще розчиняється в бензині, тому ми не бачимо його: інтенсивно-зелене забарвлення хлорофілу «забиває» жовтий колір каротину, і ми не розрізняємо його, як раніше ксантофіл у спиртовій витяжки. Щоб побачити каротин, потрібно перетворити зелений пігмент на з'єднання, нерозчинне в бензині. Цього можна досягти за допомогою лугу. У пробірку, де відбулося відділення ксантофілу, додамо шматочок лугу (КОН чи NаОН). Пробірку закриємо пробкою та ретельно збовтаємо її вміст. Після розшарування рідин можна побачити, що картина розподілу пігментів змінилася: нижній спиртовий шар пофарбувався в зелений колір, а верхній – бензиновий – у жовто-жовтогарячий, характерний для каротину.

Ці досліди наочно свідчать, що у зеленому листі одночасно з хлорофілом присутні жовті пігменти – каротиноїди. При настанні холодів утворення нових молекул хлорофілу немає, а старі швидко руйнуються. Каротиноїди ж стійкі до низьких температур, тому восени ці пігменти стають добре помітними. Вони і надають листям багатьох рослин золотаво-жовтий та помаранчевий відтінок. Яке ж значення каротиноїдів у житті рослин? Встановлено, що ці пігменти захищають хлорофіл від руйнування світлом. Крім того, поглинаючи енергію синіх променів сонячного спектру, вони передають її на хлорофіл. Це дозволяє зеленим рослинамНайефективніше використовувати сонячну енергію для синтезу органічної речовини.

Осінній ліс пофарбований, однак, не тільки в жовті тони. З чим пов'язане лілове та багряне забарвлення листя? Поряд з хлорофілом і каротиноїдами в листі рослин є пігменти, які звуться антоціанів. Вони добре розчиняються у воді і містяться не в цитоплазмі, а в клітинному соку вакуолей. Ці пігменти дуже різноманітні за забарвленням, яке залежить в основному від кислотності клітинного соку. У цьому просто переконатися на досвіді.

Насамперед приготуйте витяжку антоціанів. З цією метою листя бруслини або якоїсь іншої рослини, пофарбовані восени в червоні або фіолетові тони, подрібніть ножицями, помістіть в колбочку, прилийте води і нагрійте на спиртовці. Незабаром розчин стане червонувато-синім від присутності антоціанів. Отриману витяжку пігментів налийте у дві пробірки. В одну додайте слабку соляну або оцтову кислоту, а в іншу – розчин аміаку. Під дією кислоти розчин стане рожевим, тоді як у присутності лугу – залежно від кількості та концентрації цього лугу – зеленим, синім та жовтим. Антоціани, як і каротиноїди, стійкіші до низьких температур, ніж хлорофіл. Тому вони і виявляються в листі восени. Дослідники встановили, що утворенню антоціанів сприяють високий вміст цукорів у рослинних тканинах, порівняно низька температура та інтенсивне освітлення.

Збільшення вмісту цукрів в осінньому листі відбувається за рахунок гідролізу крохмалю. Це має важливе значення для транспортування цінних поживних речовинз відмираючого листя у внутрішні частини рослин. Адже сам крохмаль нетранспортабельний у рослині. Однак швидкість відтоку утворюються в результаті його гідролізу Сахаров з листя при низьких температурахневелика. Крім того, при падінні температури послаблюється дихання рослин і, отже, лише незначна кількість Сахарів піддається окисленню. Всі ці фактори сприяють накопиченню рослинних тканин Сахаров, які починають використовуватися в синтезі інших речовин, зокрема антоціанів.

Про перетворення надлишку цукрів на антоціани свідчать і інші факти. Якщо у виноградної лози шляхом кільцювання (видалення частини кори у вигляді кільця) утруднити відтік продуктів фотосинтезу, то листя, розташоване вище кільця, через два-три тижні набувають червоного кольору через накопичення антоціанів. При цьому їх утворюється так багато, що зелене забарвлення хлорофілу стає непомітним.

Те саме спостерігається не тільки при зниженні температури або кільцюванні, але і при нестачі фосфору. Якщо, наприклад, томати вирощувати на живильному розчині, позбавленому цього елемента, то нижня частиналистя, а також стебла набувають синього кольору. Справа в тому, що за відсутності фосфору в рослинах не може здійснюватися процес окислення Сахаров без з'єднання із залишком фосфорної кислоти молекула цукру залишається неактивною. Тому в рослинних тканинах відбувається накопичення надлишкових кількостей Сахарів, що використовуються на синтез антоціанів. Збільшення вмісту цих речовин веде до посинення стебел і листя рослин, що відчувають нестачу фосфору.

Утворення антоціанів залежить також від інтенсивності світла. Якщо восени уважно придивитися до яскравого забарвлення дерев і чагарників, то можна помітити, що багряний колір мають в основному те листя, яке найкраще освітлене. Розсуньте палаючий вогненними фарбами кущ бруслини, і ви побачите всередині жовте, блідо-жовте і навіть зелене листя. Під час дощової та хмарної осені листя довше зберігається на деревах, проте воно не таке яскраве через нестачу сонця. Переважають жовті тони, зумовлені присутністю каротиноїдів, а чи не антоцианов. Низька температура також сприяє утворенню антоціанів. Якщо стоїть тепла погода, то ліс змінює своє забарвлення повільно, але ледве вдарить морозець, як одразу запалають осики та клени. М.М. Пришвін у мініатюрі «Світильники осені» писав: «У темних лісахспалахнули світильники осені, інший лист на темному тлі так яскраво горить, що навіть боляче дивитися. Липа вже стоїть вся чорна, але один яскравий лист її залишився, висить, як ліхтар, на невидимій нитці і світить».

Веселка флори

Коли ми заговорили про пігменти рослин, слід розповісти і про причини різноманітності забарвлення квіток. Навіщо квіткам їхнє яскраве, соковите забарвлення? Зрештою для того, щоб залучити до себе комах-запилювачів. Багато рослин запилюються лише певними видами комах, тому забарвлення квіток часто залежить від того, для яких комах призначені колірні сигнали. Справа в тому, що щодо кольору комахи бувають досить примхливі. Скажімо, бджоли, джмелі, оси віддають перевагу рожевим, фіолетовим і сині квіти, А у жовтих зазвичай товчуться мухи. Червоний колір багато комах, наділені не надто досконалим зором, плутають з темно-сірим. Тому в наших широтах чисто червоні квітки досить рідкісні. Виняток – мак, але і його пелюстки мають домішку. жовтого кольору; зазвичай саме цей відтінок і помічають бджоли. Краще за інших комах червоний колір розрізняють метелики - вони, як правило, і запилюють червоні квітки наших широт, наприклад гвоздики. А ось серед тропічних рослинчервоний колір більш поширений, і частково це пов'язано з тим, що запилюють їх квітки не комахи, а птахи: колібрі або нектарниці, у яких більш розвинений зір.

Буває, що в однієї рослини забарвлення квіток з віком змінюється. Це добре помітно у ранньовесняної рослини медунки: рожевий колірїї молодих квіток змінюється у міру старіння синім. Старі квітки медунки бджоли вже не бувають: вони, як правило, запилені і нектари не містять. І в цьому випадку зміна забарвлення служить сигналом для комах – не гайте часу даремно! А ось у гілії (США) – красивої рослини із сімейства синюхових, родички флоксів, що росте в горах штату Арізона (США), квітки спочатку мають червоний колір, який, як зазначили, приваблює птахів. Але коли колібрі покидають гори, гілія змінює забарвлення квіток, що знову з'являються: вони стають блідо-червоними або навіть білими.

Забарвлення більшості квіток визначається присутністю різних пігментів. Найпоширеніші – каротиноїди, розчинні у жирах сполуки: каротин, його ізомери та похідні. У розчині всі вони мають блідо-жовте, помаранчеве або світло-червоне забарвлення. Назви каротиноїдів, що містяться тільки в квітках, настільки ж красиві, як і забарвлення, що надається ними: ешольксантин, петалоксантин, газоніяксантин, ауроксантин, хризантемаксантин, рубіхром.

Поряд із каротиноїдами забарвлення квіток визначають і антоціани. Відтінки цих пігментів дуже різноманітні – від рожевого до чорно-фіолетового. Незважаючи на таке різноманіття кольорів, всі антоціани влаштовані по одному типу - вони являють собою глікозиди, тобто сполуки цукру з невуглеводною частиною, так званим агліконом. Прикладом може бути барвник, що міститься в квітках волошки, - антоціанін. Його аглікон – ціанідин – один із найпоширеніших, утворюється в результаті відщеплення двох молекул глюкози від антоціану.

Як мовилося раніше, антоциановые пігменти можуть змінювати своє забарвлення залежно від кислотності середовища. Згадайте два види герані, поширеної в середній смузі: герань лісову та герань лугову. У лісової пелюстки рожеві чи лілові, а у лугової – сині. Відмінність у кольорі обумовлена тим, що сік герані лісової більш кислий. Якщо приготувати водну витяжку з пелюсток герані або лісової, або лучної – і змінити її кислотність, то у кислому середовищі розчин стане рожевим, а в лужному – синім. Таку ж операцію можна виконати і над цілою рослиною. Якщо квітучу фіалку помістити під скляний ковпак поруч із блюдцем, куди налити нашатирний спирт(Він при випаровуванні виділяє аміак), то її пелюстки стануть зеленими; а якщо замість нашатирного спирту в блюдце буде димна соляна кислотавони пофарбуються в червоний колір.

Ми вже говорили, що одна й та сама рослина медуниці може мати квітки різного забарвлення: рожеві – молоді та сині – старі. Посинення пелюсток у міру їхнього старіння можна пояснити індикаторними властивостями антоціанів. Клітинний сік рослини, у якому розчинений пігмент, має кислу реакцію, а цитоплазма – лужну. Вакуолі з клітинним соком відокремлені від цитоплазми мембраною, яка зазвичай непроникна для антоціанів. Однак із віком у мембрані виникають дефекти, і в результаті пігмент починає проникати з вакуолей у цитоплазму. А оскільки реакція тут інша, змінюється забарвлення квіток.

Щоб переконатися у справедливості цієї точки зору, візьміть яскраво-червону пелюсток якоїсь рослини, наприклад герані, троянди, і роздавіть її між пальцями. При цьому також відбудеться змішання вмісту цитоплазми та вакуолі, внаслідок пелюсток у місці пошкодження посиніє. Втім, було б неправильно пов'язувати фарбування антоціанів лише з їхніми індикаторними властивостями. Дослідження останніх роківпоказали, що визначається і деякими іншими чинниками. Колір антоціанових пігментів може змінюватися, наприклад, залежно від того, з якими вони знаходяться в комплексі. При взаємодії з іонами калію комплекс набуває пурпурового забарвлення, а з іонами кальцію або магнію – синю. Якщо зрізати квітучий дзвіночок і помістити його в розчин, що містить іони алюмінію, пелюстки посиніють. Те саме спостерігається, якщо з'єднати розчини антоціаніну та солі алюмінію.

Багатьом читачам, можливо, знайомий роман Олександра Дюма «Чорний тюльпан», в якому в гостросюжетній формі розповідається про виведення тюльпанового сорту незвичайного чорного кольору. Ось як описує його автор роману: «Тюльпан був прекрасний, чудовий, чудовий; стебло його вісімнадцяти дюймів висоти. Він струнко витягався догори між чотирма зеленими гладкими, рівними, як стріла, листям. Квітка його була суцільно чорною і блищала, як бурштин». Майже п'ять століть переслідували невдачі садівників, які намагалися вивести чорний тюльпан. І ось, Фризький інститут квітництва в Гаазі зробив офіційну заяву про те, що в Голландії чорний тюльпан отримано в результаті послідовного схрещування двох сортів - Цариця ночі і Віденський вальс. У роботі брали участь шість голландських дослідних центрів. Отримана квітка ідеальна за своїми класичними розмірами.

Садівники прагнуть створити також чорні троянди. Виведені такі сорти, які при неяскравому освітленні справді здаються чорними (насправді вони темно-червоного кольору). На Гавайських островах ростуть дикі чорні троянди. На честь безсмертного твору Гете «Фауст» садівники створили сорт братків чорного кольору під назвою «Доктор Фауст». братки, як відомо, були улюбленими квітами – великого німецького поета та ботаніка.

Чорне або майже чорне забарвлення квіток обумовлено присутністю в оцвітини антоціанів. Крім каротиноїдів та антоціанів, пелюсткам можуть надавати фарбування та інші речовини, у тому числі флавони та флавоноли. А який пігмент забарвлює у молочний колір вишневі сади, перетворює на сніжно-білі кучугури кущі черемхи? Виявляється, жодних білих пігментів у їхніх пелюстках немає. Білий колір надає їм. повітря. Якщо розглянути під мікроскопом пелюсток черемхи або будь-якої іншої білої квітки, то можна побачити безліч прозорих і безбарвних клітин, розділених великими порожніми проміжками. Саме завдяки цим заповненим повітрям міжклітинникам пелюстки сильно відбивають світло і тому здаються білими. А якщо роздавити таку пелюсток між пальцями, то на місці здавлювання з'явиться прозора пляма: тут повітря буде витіснене з міжклітинників.

І все ж таки в природі є біла фарба, наприклад, нею пофарбована в ошатний білий коліркора нашої улюбленої берези. Це барвник так і називається - бетулін, від латинського назви берези - Betula. Помиляються ті, хто вважає, що береза – єдина рослина з білою корою. Це негаразд. В Австралії росте евкаліпт, що затоплюється. Він названий так тому, що росте в руслах річок, що пересихають, і в сезон дощів виявляється стоїть у воді. Стовбури цих евкаліптів мають чисто-білий колір, що ефектно виділяється на тлі навколишніх зелених чагарників.

У трихвойної сосни Бунзі також біла кора. Це рідкісний вигляд, що зустрічається в природі в основному в горах Центрального Китаю. Рослина розлучається по всій країні біля палаців та храмів. Білоствольні сосни справляють незабутнє враження. Ще багато цікавого можна було б розповісти про фарбування рослин та про рослинні пігменти, які давно привертають увагу дослідників усього світу. Понад 30 років тому відомий індійський вчений Т.Р. Сешадрі, багато займався вивченням природних барвників, писав: «Музика фарб складніша і мінлива за своєю природою, ніж музика звуків. Можливо навіть, що насправді вона ще витонченіша, ніж ми припускаємо».

Зелені тварини – реальність чи фантазія!

У творах фантастичного жанру нерідко можна прочитати про людиноподібні істоти зеленого кольору. Зелене забарвлення цих організмів, обумовлене хлорофілом, дозволяє їм самостійно синтезувати органічні речовини з неорганічних за рахунок енергії світла. Чи можливе таке в природі? Насамперед слід зауважити, що на Землі є тварини, які харчуються подібним чином. Наприклад, добре відома всім біологам евглена зелена, що часто зустрічається в калюжах. Ботаніки вважають евглену водоростями, а зоологи досі традиційно відносять її до тварин. У чому річ?

Евглена вільно пересувається у воді за допомогою джгутика. Такий спосіб пересування характерний як ряду найпростіших тварин, так деяких ботанічних об'єктів, наприклад зооспор окремих видівводоростей. Евглена містить хлорофіл, тому при інтенсивному її розмноженні вода в калюжах набуває смарагдово-зеленого забарвлення. Наявність хлорофілу дозволяє їй харчуватися вуглекислим газом подібно до всіх зелених рослин. Однак, якщо водорість перенести у воду, що містить деякі органічні речовини, вона втрачає зелене забарвлення і починає, подібно тваринам, харчуватися готовими органічними речовинами. Евглену все-таки не можна назвати типовою твариною, тому пошукаємо інших представників. що харчуються, подібно до рослин, за допомогою хлорофілу.

Ще в середині XIX століття німецький зоолог Т. Зібольд виявив у тілах прісноводної гідри та деяких хробаків хлорофіл. Пізніше його знайшли в організмах та інших тварин: гідроїдних поліпів, медуз, коралів, губок. коловраток, молюсків. З'ясовано, що деякі морські черевоногі молюски, що живляться сифоновими водоростями, не перетравлюють хлоропласти цих рослин, а тривалий час утримують їх в організмі у функціонально-активному стані. Хлоропласти сифонових водоростей кодіуму тендітного і павутинного кодіуму, потрапляючи в організм молюсків, не перетравлюються, а залишаються в ньому.

Спроби звільнити молюсків від хлоропластів, помістивши в темряву на півтора місяці, виявилися безуспішними, як і виведення їх із яєць. Безхлоропластові личинки молюсків гинули на ранній стадії розвитку. Усередині тваринної клітини хлоропласти щільно упаковані та займають значний обсяг. Завдяки їм молюски, що не мають раковини, виявляються забарвленими в інтенсивно зелений колір.

Чому ж сифонові водорості «полюбилися» молюскам? Справа в тому. що на відміну від інших зелених водоростей вони не мають клітинної будови. Їхнє велике, часто химерне за формою тіла є однією гігантською «клітиною». Слово «клітка» я взяв у лапки не випадково. Хоча клітинні стінки в тілі сифонових водоростей відсутні, навряд чи можна назвати їх одноклітинними організмами, скоріше це конгломерат клітин, що не цілком розділилися. Підтвердженням тому є наявність не одного, а безлічі клітинних ядер. Таку будову назвали сифонною, а самі водорості – сифоновою. Відсутність клітинних стінок, безумовно, полегшує процес поглинання водорості тваринними клітинами.

Ну а які хлоропласти цієї рослини? У тілі водорості міститься один або кілька хлоропластів. Якщо їх багато, вони мають дископодібну чи веретеноподібну форму. Поодинокі мають сітчасту будову. Вчені вважають, що сітчаста структура створюється в результаті з'єднання дрібних хлоропластів один з одним.

Багато вчених спостерігали засвоєння вуглекислого газу хлоропластами, які у тварин клітинах. У свіжозібраних молюсків, елізії зеленої інтенсивність фотосинтетичного засвоєння вуглекислого газу становила 55-67% величини, визначеної для неушкодженої водорості кодіуму тендітного, з якого молюсками були "придбані" хлоропласти. Цікаво, що й вміст хлорофілу на 1 грам сирої маси тканини у водорості та тварини було подібним. Завдяки фотосинтезу молюски фіксували вуглекислий газпротягом 93 днів досвіду. Щоправда, швидкість фотосинтезу поступово слабшала і наприкінці експерименту становила 20–40% від початкової.

У 1971 році вчені спостерігали виділення кисню в ході фотосинтезу хлоропластів, що народилися в клітинах тридакни. Тридакни – типові жителі тропічних морів. Особливо широко вони поширені на коралових рифах Індійського та Тихого океанів. Велетком серед молюсків виглядає тридакна гігантська, що досягає іноді довжини 1,4 метра та загальної маси 200 кілограмів. Тридакни цікаві для нас своїм симбіозом із одноклітинними водоростями. Зазвичай вони так розташовуються на дні, щоб їхня напівпрозора мантія, що виступає між стулками раковини, була звернена вгору і сильно освітлювалася сонцем. У її міжклітинному просторі у великій кількості оселяються зелені водорості. Незважаючи на значні розміри, молюск живиться лише тими речовинами, які виробляють водорості-симбіонти.

У Середземному морі та біля берегів Франції в Атлантиці зустрічається хробак конволюту, у якого під шкірним покривом також мешкають зелені водорості, які здійснюють синтез органічних речовин з неорганічних. Завдяки активності своїх «квартирантів» черв'як не потребує додаткових джерелпиши, тож шлунково-кишковий тракт у нього атрофувався. Під час відливу безліч конволютів залишають свої нори для того, щоб прийняти сонячні ванни. У цей час водорості під їхньою шкірою інтенсивно фотосинтезують. Деякі види цих черв'яків перебувають у повній залежності від своїх поселенців. Тож якщо молодий черв'як не «заразиться» водоростями, то загине з голоду. У свою чергу водорості, що оселилися в тілі конволюти, втрачають здатність до існування поза його організмом. «Зараження» відбувається за допомогою «свіжих», які ще не жили в симбіозі з хробаками водоростей у момент, коли личинки хробака виходять з яєць. Ці водорості, ймовірно, залучаються якимись речовинами, що виділяються яйцями черв'яків.

У зв'язку з розглядом питання функціонування хлоропластів у клітинах тварин надзвичайно великий інтерес становлять досліди американського біохіміка М. Насса, в яких було показано, що хлоропласти сифонової водорості каулерпи, харової водорості нітели, шпинату і африканської фіалки захоплюються клітинами сполучної тканини. . Зазвичай у фібробластах, що заковтали стороннє тіло (цей процес вчені називають фагоцитозом), навколо поглиненої частки утворюється вакуоля. Поступово чужорідне тіло перетравлюється та розсмоктується – зникає. Коли ж клітини ввели хлоропласти, вакуолі не виникали, а фібробласти навіть намагалися їх переварити.

Пластиди зберігали свою структуру та здатність до фотосинтезу протягом трьох тижнів. Клітини, які стали через їхню присутність зеленими, нормально ділилися. При цьому хлоропласти стихійно розподілялися за дочірніми клітинами. Пластиди, які були у фібропластах близько двох днів, а потім знову виділені, залишалися непошкодженими. Вони засвоювали вуглекислий газ з такою ж швидкістю, як і фотосинтезували свіжі хлоропласти, виділені з рослин.

Припустимо, що в ході еволюції виникнуть такі істоти або виявлять їх на інших планетах. Якими вони мають бути? Вчені вважають, що у такому тваринному хлорофіл буде зосереджений у шкірі, куди вільно проникає світло, необхідне як синтезу зеленого пігменту, так освіти органічних речовин. «Зелена людина» має робити щось навпаки: вдень, подібно до казкового короля, ходити в невидимому для всіх одязі, а вночі, навпаки, одягатися, щоб зігрітися.

Проблема полягає в тому, чи зможе такий організм одержувати за допомогою фотосинтезу достатньо їжі. Виходячи з максимально можливої інтенсивності фотосинтезу рослин у найсприятливіших умовах існування, можна підрахувати, скільки органічної речовини зможе утворити зелена шкіра цієї людини. Якщо прийняти, що 1 квадратний дециметр зеленої рослини за 1 годину синтезує 20 міліграм Сахаров, то 170 квадратних дециметрів людської шкіри, доступною сонячним променям, зможуть утворити за цей час 3,4 грами. За 12-годинний день кількість органічної речовини становитиме 40,8 грама. У цій масі концентруватиметься близько 153 калорій енергії. Такої кількості явно замало задоволення енергетичних потреб людського організму, які становлять 2000–4000 калорій на добу.

Візьмемо до уваги, що «зеленій людині» не потрібно думати про їжу і бути надто діяльною, оскільки їжа сама надходить до її організму з хлоропластів шкіри. Неважко дійти висновку, що відсутність фізичного навантаженняі малорухливий спосіб життя зроблять його схожим на звичайну рослину. Інакше кажучи, «зелену людину» дуже важко буде відрізнити від опунції.

Розрахунки дослідників показують: для того, щоб утворити достатню кількість органічної речовини, зелена людина» в ході еволюції повинен у 20 разів збільшити поверхню своєї шкіри. Це може статися за рахунок зростання числа складок та відростків. Для цього йому необхідно буде мати подобу листя. Якщо це станеться, то він стане зовсім малорухомим і ще схожим на рослину.

Таким чином, існування великих фотосинтезуючих тварин та людини на Землі та в космосі навряд чи можливе. Вчені вважають, що у будь-якій біологічної системи, хоча б віддалено нагадує біосферу Землі, обов'язково повинні існувати рослинноподібні організми, що забезпечують їжею та енергією як самих себе, так і тварин. У другій половині XIX століття було встановлено, що енергія сонячного світла засвоюється та трансформується за допомогою зеленого пігменту хлорофілу.

На основі проведених дослідів можна сказати, що зелене забарвлення хлорофілу визначається наявністю в ньому атома металу незалежно від того, чи це буде магній, мідь або цинк. Сучасна наука підтвердила правильність поглядів К.А. Тимірязєва щодо виняткової важливості для фотосинтезу саме червоних променів сонячного спектру. Виявилося, що коефіцієнт використання червоного світла в ході фотосинтезу вищий за сині промені, які також поглинаються хлорофілом. Червоні промені, за уявленнями К.А. Тимірязєва, відіграють основну роль у процесі світобудови та творення життя.

Як відомо, рослини поглинають вуглекислий газ, який приєднується до п'ятивуглецевої речовини під назвою рибулезодифосфат, де потім він надалі бере участь у багатьох інших реакціях. Вивчення особливостей фотосинтезу у різних рослин, безумовно, сприятиме розширенню можливостей людини в управлінні їхньою фотосинтетичною діяльністю, продуктивністю та врожаєм. Загалом фотосинтез це один із основоположних процесів життя, на якому заснована більша частинасучасної рослинної фауни на землі.

Коли листя на деревах починає змінювати колір, люди відразу ж відчувають наближення осені. Чи замислювалися ви над тим, чому листя змінює свій колір від зеленого до жовтого, помаранчевого і навіть червоного? Усьому є наукове пояснення.

Що робить листя зеленим?

Хлорофіл - пігмент, який забарвлює листя в зелений колір. Протягом весни та літа на листя потрапляє достатньо денного сонячного світла, яке живить їх і дозволяє регулярно виробляти хлорофіл. Рослини перетворять сонячний колір на енергію, що допомагає їм рости. Це процес фотосинтезу, який і пояснює той факт, чому в теплі пори року листя здається дуже пишним і зеленим.

Що відбувається восени?

Денний годинник стає коротшим, і рослини отримують менше сонячного світла. Вироблення хлорофілу сповільнюється, що призводить до зменшення зеленого пігменту в листі. За зміну кольору також відповідають інші компоненти, що містяться в листі - каротиноїди та антоціани.

Що визначає колір осіннього листя?

Каротиноїди, які також містяться в бананах та моркві, несуть відповідальність за жовті, помаранчеві та коричневі кольори. Звичайно, морквяних дерев не існує, але сам компонент може утримуватися в тих чи інших деревах, переважаючи над антоціанами. Якщо ж якийсь із видів дерев містить у собі більше антоціанів, то листя стає червоним. Температура та умови ґрунту теж відіграють роль у процесі зміни кольору листя.

Зрештою, листя стає зневодненим через нестачу сонячного світла і фотосинтезу, тому починають опадати, прикрашаючи вулиці і віщуючи зиму!

За матеріалами:

Колір листя дерев надає особливу речовину - барвник або пігмент. При цьому варто пам'ятати, що у світловому пучку або сонячному світлі є всі кольори веселки. При цьому будь-які фарби, природні штучні поглинають або відбивають певні кольори. Якщо, наприклад, барвник поглинає всі кольори і при цьому відображає червоний, то наше око бачить саме відбитий червоний колір, і нам здається, що ми пофарбували, наприклад аркуш паперу в червоний колір, а насправді ми покрили його речовиною, фарбою, що поглинула всі кольори крім червоного.

Спробуйте прочитати абзац угорі кілька разів, поки не зрозумієте основний принцип фарбування всього живого та неживого у світі. У прикладі з живим, колір шкіри людей негроїдної раси надає також речовина, що поглинає всі кольори, крім чорного кольору.

Чому листя рослин зелене.

Ось так і з осіннім листям, ми бачимо їх зеленими поки в них багато хлорофілу, він поглинає всі кольори крім зеленого або що теж відбиває зелений колір.

Світло переробляються пігментом - хлорофілом в енергію, яку може використовувати рослина. Коли листяні дереваготуються до зими, молекули, з яких складаються їх листя (молекули хлорофілу в тому числі), руйнуються та переробляються. Атоми (найдрібніші будівельні частинки будь-якої речовини) молекул хлорофілу використовуються для побудови нових видів молекул. Ці нові молекули запасаються в інших частинах дерева.

За час свого літнього неспання листя на деревах у своїй листової пластининакопичують багато різних речовин. Однак восени сонячного кольорустає недостатньодля компенсації потреб дерева для його нормального зростанняі розвитку, хлорофіл у листі закінчується, тепер у них видно каротин (жовтий або помаранчевий пігмент). Він там був із самого початку, але був замаскований сильнішою відбиваючою зелений колір речовиною - хлорофілом. Молекули каротину міцніші (не так легко руйнуються), ніж молекули хлорофілу, і тому зберігаються в листі навіть після того, як хлорофіл в них зруйнувався.

А ось червоним і багряним листям стає через утворюється в нихпігменту антоціана (він надає осінньому листю червоні та пурпурові відтінки). Кількість антоціану і каротину неоднакова в листі. Осінній колір листя навіть у однієї і тієї ж рослини, але росте в різних умовахбуде різним.

Правда, що осіннє листя – великі ласуни!

Дійсно при низьких температурах збільшується кількість цукру на листі. Високий вміст цукру та розмаїтість сонячної енергіїсприяє накопиченню в них антоціану. Ось чому після ясних, сонячних днів, що змінюються прохолодними осінніми ночами, у листі утворюється пігмент антоціан, який і забарвлює їх у яскраво-червоні та бордові відтінки.

Цього року осінь яскрава, красива, можна сказати «в багрець та золото одягнені ліси…». Поети, напевно, не замислювалися, чому жовтіють і червоніють листя на деревах. А ми спробуємо пояснити це тим, кому цікаво. Взагалі природа настільки загадкова, що повністю пояснити навіть такі, здавалося б, прості явища, як зміна кольору листя восени ми, як побачите, поки що повністю не можемо. І тут загадки залишаються.

Отже, найпростіше пояснення, відоме з шкільної програми, виглядає приблизно так: листя восени, коли день стає коротким і знижується температура, перестають виробляти зелений пігмент хлорофіл, жовтіють і опадають. Все, начебто зрозуміло. Але чому, якщо знизити температуру до тих же 10 ° С влітку вони не опадають? Чи має температура вирішальне значення у зміні кольору листя? Чому листя пофарбоване в різні яскраві кольори?

Насправді кожен маленький новий листочок, народжений на березі або клені навесні, вже тоді готується до своєї загибелі. В основі листка існує розділовий (або «відрізний») шар клітин, що утворюють капіляри, через які надходить вода для фотосинтезу хлорофілу і через які живильна глюкоза, яку лист виробляє з води та двоокису вуглецю під впливом сонячного світла, надходить у гілки та стовбур. Природа так улаштувала, що ці канали повинні неодмінно перекритися з настанням осені. Утворюється «пробка», що перешкоджає обміну речовин лист-ствол. Це, можна сказати, процес «на генетичному рівні», напевно, це подібно до того, як старіє людина - з віком обмін речовин стає дедалі гіршим. Канали в аркуші перекриваються також поступово. Без води хлорофіл вироблятися не може, забарвлення листа змінюється.

Як показали недавні дослідження, за осінній парад жовтого та золотого, що прямує за зникненням зеленого хлорофілу, відповідає лише один білок – протеаза. Білок FtsH6 відноситься до сімейства протеаз FtsH, здатних розщеплювати білок мембрани хлоропластів - світлоприймальний комплекс фотосистеми II (LHC II), найпоширеніший мембранний білок землі. Як тільки цей структурний білок розщеплюється, раніше непомітні пігменти - жовтий ксантофіл і помаранчевий каротин стають видимими.

У деяких статтях, які пояснюють колір листя восени, на цьому власне і закінчується пояснення забарвлення листя. Кажуть, що в міру втрати зеленого пігменту хлорофілу стають помітними інші пігменти (червоні, жовті тощо), які завжди присутні в листі.

Це зовсім так. Якщо жовтий і помаранчевий пігменти, так звані ксантофіли і каротини, присутні в листі все літо, то пігменти червоного кольору, антоціани, утворюються в деяких листах тільки з приходом осені.

Антоціани - це потужні антиоксиданти, які притаманні багатьом відомим овочам та фруктам, таким як буряк, червоні яблука, червоний виноград. До речі, вони дозволені як харчові добавки (E163). Велике значенняу синтезі антоціану має сонячне світло. Ви помічали, що чим осінні дні ясніше, тим яскравіше листя?
Як утворюються антоціани? Їхнє утворення залежить від розщеплення цукрів у присутності яскравого світла при зниженні рівня фосфату в листі. Влітку фосфату в листі досить багато, він потрібен для розщеплення цукрів, що виробляються хлорофілом. Однак восени фосфат, як і інші поживні речовини, переміщається з листя в стовбур рослини. При цьому змінюється процес розщеплення цукрів, що призводить до утворення пігментів антоціанових. Чим яскравіше світло в цей час, тим більше виробляється антоціанів і тим красивішим виходить колір листя. Тому, коли восени сонячно і прохолодно, а ночі холодні, але без заморозків, забарвлення листя зазвичай найбарвистіше.

Як відомо, все в природі має сенс. У чому сенс того, що дерево витрачає енергію на утворення червоного антоціана, якщо листя все одно повинні скоро облетіти? Думаю, що нам людям не варто надто зваблюватися, що це тільки для того, щоб принести нам задоволення від споглядання феєрії. осінніх фарб.

Цілком загадка не розгадана. Існує кілька гіпотез. Перша в тому, що утворюючи антиоксиданти, рослини намагаються хоч трохи продовжити життя осіннього листка. Червоні пігменти знижують температуру замерзання рідини в листі і допомагають рослині захиститися від холоду. Відповідно до теорії фотозахисту, антоціани захищають лист від шкідливого впливусвітла при низьких температурах, у присутності антоціанів дереву вдається засвоювати поживні речовини (особливо азот) ефективніше. Чим довше зберігається листя, тим більше живлення накопичується на зиму.

Існує також теорія алелепатії. Алелепатією називають властивість рослин виділити органічні сполуки, які гальмують розвиток інших рослин Американський біолог Френк Фрай (Frank Frey) висунув гіпотезу, згідно з якою дерева з великою концентрацією антоціанів у листі отруюють ґрунт під собою для інших видів рослин. Він провів експеримент, в якому обливав паростки бур'янів екстрактом із жовтого, зеленого та червоного листя. Насіння, яке було полите екстрактом з червоного листя клена, розвивалося істотно гірше.

Дослідження продовжуються, і з'являються нові теорії, які намагаються пояснити цю чудову осінню загадку червоного листа. І розгадуючи подібні природні явищалюдина може допомогти самому собі стати здоровішим і щасливішим.

Осінь - яскравий період у природі, коли ліс за лічені дні змінює забарвлення листя із зелених, на жовті, червоні та коричневі кольори.

Чим пояснюється буйство фарб у сезон споглядання листя? Чому одні дерева жовтіють, інші червоніють, а потім вони стають коричневого кольору.

Пояснення - у заміщенні хролофілу іншими речовинами: каротиноїдами та антоціанінами. Влітку у дерев багато поживних речовин, але з настанням осені цей запас поступово зменшується. З вичерпанням запасів припиняється синтез хлорофілу. І тоді стає помітним інші пігменти, присутні в листі, але перекриваються зеленим кольором- жовті та помаранчеві. Це ті самі пігменти, які зумовлюють, наприклад, колір моркви - каротиноїди.

Листя червоних відтінків – результат утворення антоціанів. У зеленому листіці пігменти відсутні. Вони починають утворюватися у листі деяких видів рослин після зникнення хлорофілу. Антоціани - ті ж пігменти, завдяки яким редиска, герань, троянда або цвітна капустамають свій колір.

Яскравість кольору осіннього листязалежить від погоди. Найкращі гарний одягдерева надягають у сонячну суху погоду, за температури в 0 - 7 градусів Цельсія. Якщо ж погода похмура, дощова, то листя не горить, а забарвлюється в тьмяні жовті відтінкиабо ж зовсім стають коричневими.

З наближенням зими жовте та червоне листя поступово втрачає пігменти. Коричневе листя, які можна побачити пізньої осені, з настанням сильних холодів, після випадання снігу - це листя, в якому взагалі не залишилося пігментів, і стали помітні клітинні стінки.