秋になると、なぜ一部の葉は黄色くなり、一部の葉は赤くなるのでしょうか?

図1: 秋の色彩

（画像出典：著者提供）

秋は暖かい色彩です。秋風が丘陵の森をあちこち染め、熟した果物は美しい色を見せ、畑の作物はすでに黄金色に輝いています。彼女の筆遣いによって、自然は大地に秋の色彩を描き、人々に暖かさと喜びをもたらします。

図2：秋の田んぼの風景

（画像出典：著者提供）

秋の彩りは、春夏から受け継いだエメラルドグリーンと、実り豊かな晩秋の黄金色を併せ持っています。緑と黄色の下地の下で、最終的には燃えるような赤に変化し、とても感動的です。

パート1

秋が近づいてきました。色の変化と葉の落ちは植物が生き残るための方法です

図3：南京中山植物園の秋の風景の航空写真

（写真提供：南京中山植物園）

植物の葉の色は季節によって変化します。秋風が吹き、白い雲が舞い、草木が黄色に染まり、雁が南へ飛んでいきます。秋の到来は植物の変化の始まりを告げるものでもあり、落葉広葉樹林は最も劇的な変化を経験します。パラソルの葉がカサカサと音を立てると寒さが吹き飛びます。秋は冷たい空気をもたらすだけでなく、日照時間も短くなります。数十億年にわたる進化を経て、植物はすでに環境の変化に適応するための独自の生存戦略を進化させてきました。

図4-5: ニワトコの木のつる植物

（画像出典：著者提供）

秋になると植物は色を変えて葉を落としますが、これは冬が来る前に環境の悪影響に対処するための対策でもあります。秋になると、光と気温が減少し、土壌から受け取る栄養分と水分も減少するため、植物の成長は遅くなります。そのため、植物は一連の生理反応を経て、葉が徐々に色を変えて落ち、それによって水分の蒸発が効果的に抑えられ、植物の栄養消費が減り、植物内の水分と栄養分のバランスが維持され、得られた栄養分が葉芽、花芽、または根に蓄えられ、乾燥して寒い冬に対処します。

図6: 秋の風景の航空写真

（画像出典：著者提供）

図7：南京中山植物園紫微路の秋の風景

（写真提供：南京中山植物園）

この過程で、葉への水分や栄養分の伝達を減らすために、植物体内のアブシジン酸などの物質が変化し、葉柄の基部に隔離層が形成され、葉が枝から落ちて、植物が冬を越せるようになります。ここで注目すべき重要な点は、葉が落ちるのは植物の選択であり、風の誘惑によるものではなく、せいぜい当然のことであるということです。つまり、葉が落ちるのは風が葉を吹き飛ばすからではなく、木が葉を残したくないからです。地面に落ちた葉は春の泥となり、花を保護します。特に葉に含まれる窒素は、自然分解後、植物の成長のための栄養源として役立ちます。

図8：南京中山植物園の紅峰岡の秋の風景

（写真提供：南京中山植物園）

秋になると植物が色を変えて葉を落とすのは正常な生理現象です。翌年の春には新緑の葉が芽吹き、山の花が咲く美しさを一緒に見届けます。

図9: ピンク色のミューリー草

（画像出典：著者提供）

植物が病気や害虫に遭遇すると、葉が黄色くなったり落ちたりするのは異常です。落ち葉は古い葉と新しい葉の区別がなく、落ちる時期も不規則です。通常、落ちた葉には丸まりや斑点が伴います。この時、私たちがしなければならないことは、病気の枝葉をできるだけ早く取り除き、適切に処分して、病気の枝葉が植物の成長に影響を与えないようにすると同時に、病気の枝葉についた虫の卵が新たな害を及ぼすのを防ぐことです。

図10: フウ

（画像出典：著者提供）

もちろん、異常な高温、干ばつ、寒さによって植物の色が変わったり、葉が早期に落ちたり、植物の生理的不均衡を引き起こして植物が死滅する可能性もあります。

図11：南京中山植物園の松とヒノキの庭園

（写真提供：南京中山植物園）

地球温暖化が進むにつれ、植物の光合成が促進され、より多くの二酸化炭素を吸収して炭素固定が増加すると人々はかつて信じていました。最新の研究によると、植物の成長は環境の影響を受けるものの、毎年の炭素固定量は一定であることがわかっています。長い進化の過程を経て、植物は独自の落葉機構を獲得しました。

図12：南京中山植物園の松とヒノキ園の航空写真

（写真提供：南京中山植物園）

さらに、植物が正常に光合成を行わないと、成長や発育に影響が出る可能性があります。例えば、街灯の下に植えられた作物は、畑の作物と同じように日中は正常に成長します。夜になって街灯が点灯すると、その下の作物は光合成を続けます。畑の作物がゆっくりと黄色くなり、果物が熟し始める頃、街灯の下の植物はまだ青々と葉を茂らせているものの、花が咲いたり実がなる気配はありません。冬が来ても、これらの植物は光合成を続け、葉から水分を蒸散し続けます。しかし、根系の活力が低下し、十分な栄養分や水分を得られなくなり、最終的には植物が枯れたり死んでしまったりしてしまいます。これは明らかに植物の生存に役立ちません。

パート2

生息地によって葉の色の変化は異なります

図13: イチョウ

（画像出典：著者提供）

私たちが住んでいる惑星は、気候の違いによって熱帯、温帯、寒帯に簡単に分けることができます。気候帯が異なれば植物のグループも異なります。

図14: ブラッドメープル

（画像出典：著者提供）

熱帯地域には常緑樹がたくさんあります。季節が変わると、これらの植物の古い葉は少しずつ落ち続け、適切な環境では新しい葉が成長し、常に緑の外観を保ちます。違いもあります。例えば、カポックの葉は冬になると黄色くなり、徐々に落ちていきます。翌年の春、まだ葉が芽吹いていない頃に、木は花でいっぱいになります。葉よりも先に花が咲く典型的な植物です。

図15: 美しいシルクコットンの木

（画像出典：著者提供）

極寒地帯では、すべての植物が厳しい寒さに耐えられるわけではありません。ここに分布する樹種のほとんどは、寒い冬が来る前に葉を落としますが、一部の針葉樹や糸杉は風雪に耐え、一年中常緑のままです。

図16-17: 新疆の針葉樹林

（画像出典：著者提供）

驚くべきことに、その葉は毎年再生されるわけではない。いくつかの種の葉は、成長してから枯れるまで何年もの風と霜に耐えなければなりません。

図18: 杉

（画像出典：著者提供）

針葉樹科に属する多くのマツやヒノキは、秋になると緑から黄金色に変わり、最終的には、ハコヤナギ、メタセコイア、沼ヒノキ、ゴールデンカラマツなど地面を覆います。時には、秋の残照に直面しながら水辺に住み、湖に映る彼らの姿が青い波とともに揺れます。一目見ると感動的な秋の景色が目に浮かびます。

図19: ゴールデンパイン

（画像出典：著者提供）

温帯地域には、北部のコチナスやマツヨイセンノウ、南部のフキ、ユリノキ、カワラヒワ、また、北部と南部でよく植えられているイチョウ、ツル、プラタナスなど、秋に色づく植物がたくさんあります。色とりどりの秋に美しい光景です。

図 20: ユリノキ

（画像出典：著者提供）

もちろん、温帯にはクスノキ（Cinnamomum camphora）、茶、キンモクセイ（Osmanthus fragrans）、モクレン、ツバキ、スギなど、常緑植物も多く、それぞれに生存ルールがあります。

図21-22: 中国のヤムイモの木

（画像出典：著者提供）

南京に行ったことがある友人は、「揚子江を泳いで渡るアヒルはいない」という諺を聞いたことがあるかもしれない。これは南京の人々のアヒルに対する愛情についての興味深い話です。

図23: 樟脳

（画像出典：著者提供）

植物界にも似たようなことわざがあります。「クスノキは川を渡れない」樟脳は南部および南西部原産の常緑樹ですが、寒さに弱いです。北に移植されても凍死しないとしても、死んでしまうだろう。私たちが目にする普通に生育しているクスノキは、おそらく北部の徐州の街路の両側に植えられているものと思われます。北方では大量に植えられているのを見ることは難しい。『閻名春秋記』には、「淮河の南で採れるオレンジはオレンジ、淮河の北で採れるオレンジはミカンである。葉は似ているが、味は異なる。それはなぜか？水と土が違うからだ」とある。古代人はミカンの木を比喩として使っていましたが、春秋時代には、生息地の違いによって植物が変化するということに古代人が気づいていたことが分かります。

図24: 同じフレーム内のクスノキの新葉と古い葉

（画像出典：著者提供）

常緑植物であるクスノキは、一年中青々と茂っています。よく観察してみると、クスノキの葉は季節によって色が変わったり落ちたりすることがわかります。特別なのは、これがクスノキが咲く春に起こったことです。この時期は、クスノキ独特の芳香とともに、新しい葉が芽生え、成長するにつれて古い葉が徐々に赤く染まります。春風が吹くと、紅葉が風に舞い、サラサラと落ちて地面に赤い絨毯を広げます。

図25: 同じフレーム内のクスノキの新葉と古い葉

（画像出典：著者提供）

春のそよ風と霧雨の中、クスノキの葉も葉替えを終えました。新しい葉はセミの羽のように薄く、薄緑色、薄黄色、時には薄赤色です。昔の人は、クスノキの古い葉が落ちる美しさや香りを表現するために、「新しく落ちた葉は香りを保って、色とりどりの藻は錦のように庭を覆う」という詩を詠みました。この時、落ち葉を拾い、指先でこすると、楠の葉の香りが指先に残り、心が清らかになります。

パート3

そもそも、葉はどのようにして「色を変える自由」を実現しているのでしょうか?

図26: クスノキから落ちる古い葉

（画像出典：著者提供）

植物の葉の色の変化のプロセスは、実際には葉の中の色素やその他の成分が変化し続けるプロセスです。秋の落葉植物を例にとると、植物の光合成が弱まると、得られる栄養分が徐々に減少します。この時、葉の中のクロロフィルは徐々に分解され、栄養素となって植物に還元されます。クロロフィルが分解されると、葉の中のクロロフィルはもはや優勢ではなくなり、比較的安定したルテインとカロチンがパレットを引き継いで、葉の黄色とオレンジ色を混ぜるようになります。

図27：南京中山植物園の秋の風景の航空写真

（写真提供：南京中山植物園）

葉の色の変化の中でも、最も見事なのは赤です。毛沢東主席は『沁園春·长沙』の中でこう書いている。「赤い山々と色とりどりの森、澄んだ青い川と競い合う船を見よ。」赤い山と森は、カラーパレットで主導的な役割を果たすもう一つの顔料です。秋の環境ストレスに反応して植物が生成するアントシアニンです。

図28：南京中山植物園の秋の風景の航空写真

（写真提供：南京中山植物園）

アントシアニンは植物に広く存在する水溶性色素です。さまざまな果物や花の色のほとんどは、アントシアニンに関係しています。秋の気温の低下、昼夜の温度差の増大、日照時間の短縮などの悪要因により、葉中の可溶性糖分やアントシアニンの含有量が増加します。この時、葉の酸性環境下ではアントシアニンが赤く現れ、アントシアニン含有量が多いほど葉の赤は鮮やかになります。

図29: ピスタシア・キネンシス

（画像出典：著者提供）

植物の成分は複雑かつ多様ですが、葉の色を変える物質としてタンニンがあります。タンニンの影響で、植物の葉が茶色に変色することがあります。興味深いことに、タンニンは葉の色を変えるだけでなく、植物の耐性を向上させることもできます。タンニンを豊富に含む葉や果実を直接摂取すると非常に苦味があり、鳥や動物による摂食を効果的に防ぎ、病気や昆虫の侵入を防ぐことができます。

図30: シカモアの落ち葉

（画像出典：著者提供）

ほとんどの場合、葉に最も多く含まれる物質はクロロフィルであり、これによって葉は緑色に見えます。逆境に遭遇すると、葉の中のクロロフィルが徐々に分解され、アントシアニンがゆっくりと生成され、ルテインとカロチンの関与により、植物の葉は緑から黄色、オレンジ、オレンジレッド、深紅へと徐々に変化し、色鮮やかな森を作り出します。

図31: 森は色彩に満ちている

（画像出典：著者提供）

また、南京中山植物園の燕雀湖のそばの三日月堤防に植えられた多くのアオギリの木のように、同じ植物が同じ地域でも異なる色を見せることもあります。毎年10月中旬から下旬にかけて、三日月堤防の真ん中にある2本の大きなカワラヒワの木が真っ先に紅葉し、他のカワラヒワの木も次々と紅葉します。これは、それぞれの成長条件とそれらが置かれている異なる微小環境によって引き起こされるはずです。

図32: 初秋の南京中山植物園の三日月堤防の航空写真

（写真提供：南京中山植物園）

したがって、植物の葉の色の変化は多くの要因に関係しています。日光、気温、空気湿度、昼夜の温度差、土壌環境、生育条件はすべて葉の色の変化プロセスに影響を与えます。

冷たい風が吹き始めるこの秋、植物は私たちに、独自の方法で、最も静かな暖かさとロマンスを与えてくれます。

編集者：孫晨宇

制作：中国科学普及協会

著者: 秦亜龍

（中国科学院植物研究所、江蘇省、南京中山植物園）

プロデューサー: 中国科学博覧会

この記事は著者の見解のみを表しており、中国科学博覧会の立場を代表するものではありません。

この記事は中国科学博覧会（kepubolan）に最初に掲載されました。

転載の際は公開アカウントの出典を明記してください