こんにちは、セチです。
秋になると、さまざまな木々の葉が黄色や赤に色づき、私たちの目を楽しませてくれます。
このような色の変化は、いったいなぜ起こるのでしょうか。
色づく理由は、冬を越すため
まず基本的に、葉の色が変わる木というものは「落葉樹」という種類の木です。
落葉樹とは、厳しい冬に、葉を落とすことで対応している樹木のことです。葉は光合成をする大切な器官ですが、低温や乾燥には弱いので、年ごとに使い捨ててしまった方が良いこともあります。
冬を越す準備として、秋に葉から養分を回収したり、葉の養分を作る器官を守るために、色が変化しています。以下でもう少し詳しく見ていきましょう。
黄色くなる理由：養分を回収するため
葉が落ちる時期が近づくと、落葉樹は葉から養分として使えるものを回収しようとします。ここで回収されるのが、光合成を行う「葉緑体」。葉緑体は、植物にとって貴重な成分を多く含んでいるため、それらの回収のために分解されます。
葉緑体はさまざまな色素を含んでいますが、最も多いのが緑色のクロロフィル（葉緑素）。これは葉が緑に見える原因であり、真っ先に分解されます。
緑の色素（クロロフィル）が早く分解されると、黄色の色素（カロテノイド）が表に出てくるようになり、葉は黄色に見えるようになるのです。
ちなみに、この黄色のカロテノイドなどはやや遅れて分解されます。これはクロロフィルがカロテノイドに比べて貴重な栄養素（ミネラル）を含んでいることや、すべての色素を一気に分解すると葉へのダメージが大きいことなどが理由として考えられます。
光に当たりすぎると、葉の中で活性酸素が発生します。活性酸素は、細胞にダメージを与える物質です。クロロフィルやカロテノイドは活性酸素の発生を抑え（＝抗酸化作用）、葉へのダメージを軽減することができます。クロロフィルがなくなっても、残ったカロテノイドが葉を守ってくれる、というわけです。
赤くなる理由：養分を作る器官を守るため
葉が黄色くなる理由が「緑色が抜けて黄色が残るから」であるのに対し、葉が赤くなるのは一言で言えば「新しく赤い色素ができるから」です。
この赤い色素というのがアントシアンという物質で、クロロフィルが分解されるのと並行して合成されます。秋が深まり、他の色素が分解されていくにつれ、色の混ざりがなくなって鮮やかな紅葉になっていきます。
アントシアンの大事な役割
と、ここまでお読みの方の中には「養分の回収のために色素を分解してきたのに、どうしてわざわざ新しく色素を作るのか？」と思った方がいらっしゃるかもしれません。これはごもっともな指摘で、アントシアンの合成にもエネルギーを使います。
わざわざアントシアンを合成する理由としては、「アントシアンが日よけとして優秀だから」という説が有力とされています。アントシアンは赤く見えますが、これは裏を返せば「青や緑の光を吸収している」ということ（こちらの記事も参照）。青や緑の光に多く当たると、より多く活性酸素が発生し、葉緑体が壊れやすくなる（→黄葉の方が紅葉より葉緑体が壊れやすい）といわれています。
葉緑体が壊れると光合成ができなくなり、葉が養分を作れなくなります。アントシアンは強すぎる光から葉緑体を守り、葉が養分を作れる期間を長くしているといえます。
寒くて晴れた日が多いと、紅葉が鮮やかになる！
ちなみに、「寒くて晴れた日が多いと、紅葉が鮮やかになる」なんてことがよく言われますが、この経験則も先ほどの説を補強しています。
寒くなると光合成の効率が落ち、は葉の中の光エネルギーが過剰になりやすくなります。これによるダメージを減らすため、「優秀な日よけ」のアントシアンが多く合成されて葉がより赤く色づく、というわけです。
紅葉狩りに行った際は、その赤さの理由にも思いを馳せてみてください。
参考文献
- 嶋田幸久、萱原正嗣『植物の体の中では何が起こっているのか』ベレ出版、2015年
- 紅葉現象 | みんなのひろば | 日本植物生理学会
