Ad ogni autunno nell'emisfero settentrionale la diminuzione delle ore di luce e delle temperature incita gli alberi a prepararsi per l'inverno. A tal fine si liberano di miliardi di tonnellate di foglie. In certe regioni la caduta è preceduta da uno sfoggio spettacolare di colori. Le foglie precedentemente verdi passano a brillanti sfumature di giallo, arancio e rosso. Questi cambiamenti di colore sono il risultato di trasformazioni che avvengono nei pigmenti della foglia.
Il pigmento verde è la clorofilla.La clorofilla assorbe il rosso e il blu della luce del sole che illumina le foglie. Perciò la luce riflessa dalle foglie diminuisce nel rosso e nel blu e lascia apparire il verde. Le molecole di clorofilla sono grandi e insolubili nella soluzione acquosa che riempie le cellule della pianta. Si legano invece alle membrane di strutture discoidali, chiamate cloroplasti, che si trovano all'interno delle cellule. E' nei cloroplasti che avviene la fotosintesi, il processo nel quale l'energia della luce si converte in energia chimica. Nei cloroplasti la luce assorbita dalla clorofilla fornisce l'energia usata dalle piante per trasformare diossido di carbonio e acqua in ossigeno e carboidrati.
In questa trasformazione endotermica, l'energia della luce assorbita dalla clorofilla è convertita in energia chimica immagazzinata in carboidrati (zuccheri e amidi). Questa energia chimica guida le reazioni biochimiche che consentono alla pianta di crescere, fiorire e produrre semi. La clorofilla non è un composto molto stabile; la luce forte del sole ne causa il decadimento. Per mantenere inalterata la quantità di clorofilla nelle foglie, le piante devono sintetizzarne in continuazione. La sintesi clorofilliana richiede luce solare e temperature calde. Perciò, durante l'estate la clorofilla decade e si rigenera continuamente.
Un altro pigmento che si trova nelle foglie di molte piante è il carotene, il quale assorbe luce blu e blu-verde. La luce riflessa dal carotene appare gialla. Il carotene è una grande molecola contenuta nei cloroplasti di molte piante. Quando carotene e clorofilla si trovano nella stessa foglia, rimuovono il rosso, il blu e il blu-verde dalla luce del sole che illumina la foglia. La luce riflessa dalla foglia appare verde. Il carotene ha una funzione assorbente accessoria. L'energia della luce assorbita dal carotene è trasferita alla clorofilla, che usa l'energia per la fotosintesi.
Il carotene è un composto molto più stabile della clorofilla. Il carotene persiste nelle foglie anche quando la clorofilla è scomparsa. Quando la clorofilla scompare da una foglia, il carotene rimanente fa sì che la foglia appaia gialla.
Un terzo pigmento, o meglio classe di pigmenti, che si trovano nelle foglie, sono gli antociani.Essi assorbono la luce blu, blu-verde e verde. Perciò la luce riflessa dalle foglie che li contengono appare rossa. Diversamente da clorofilla e carotene, essi non sono legati alle membrane della cellula, ma sono disciolti nella sua linfa.Il colore prodotto da questi pigmenti è sensibile al pH della linfa. Se questa è abbastanza acida, i pigmenti danno un colore rosso brillante, se è meno acida, il colore vira più sul porpora. Gli antociani sono responsabili per la buccia rossa delle mele mature e per il porpora dell'uva matura e sono sono prodotti da una reazione che avviene tra zuccheri e certe proteine nella linfa della cellula. Questa reazione non accade fino a che la concentrazione di zucchero nella linfa non è sufficientemente alta. Perché questa reazione si compia è necessaria anche la luce. Questo spiega perché le mele spesso sono rosse su un lato e verde sull'altro; il lato rosso era esposto al sole e il lato verde era in ombra.
Durante
l'estate, le foglie degli alberi sono fabbriche che trasformano,
mediante l'azione della luce sulla clorofilla, il diossido
di carbonio e l'acqua in zucchero. La clorofilla fa apparire
verdi le foglie. (Le foglie di alcuni alberi, come le betulle,contengono
anche carotene; queste foglie appaiono di un verde più
brillante, perché esso assorbe la luce blu-verde. Acqua
e nutrienti fluiscono dalle radici, attraverso i rami, fino alle
foglie. Gli zuccheri prodotti dalla fotosintesi fluiscono
dalle foglie alle altre parti dell'albero, dove una percentuale
dell'energia chimica viene usata per la crescita e una percentuale
viene immagazzinata. I giorni più corti e le notti più
fresche dell'autunno fanno scattare i cambiamenti nell'albero.
Uno di questi cambiamenti è la crescita di una membrana
sugherosa tra il ramo e il gambo della foglia. Questa membrana
interferisce col flusso di nutrienti nella foglia. A causa di
questa interruzione, la produzione di clorofilla declina
e il colore verde svanisce. Se la foglia contiene carotene,
come le foglie della betulla, essa virerà dal verde al
giallo brillante a mano a mano che la clorofilla scompare.
In alcuni alberi, se la concentrazione di zucchero nella foglia
aumenta, lo zucchero reagisce e forma gli antociani.
Questi pigmenti sono i responsabili dell'arrossamento delle
foglie che ingialliscono.
Aceri
rossi, querce rosse,e il sommacco producono
antociani in abbondanza e sfoggiano i rossi e i porpora
più brillanti del panorama autunnale (a quale finalità
questo colore rosso potrebbe servire nella pianta è ancora
oggetto di speculazione scientifica).
La
gamma e l'intensità dei colori autunnali sono grandemente
influenzate dalle condizioni atmosferiche. Le basse temperature
distruggono la clorofilla e se non gela promuovono la formazione
di antociani. Anche la forte luce solare distrugge la
clorofilla e aumenta la produzione di antociani.
In condizioni di tempo asciutto, aumenta la concentrazione di
zucchero nella linfa e dunque anche la quantità di antociani.
Quindi i colori autunnali più brillanti si hanno quando
a giornate secche e assolate seguono notti fresche e asciutte.
