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霜葉は2月の花よりも紅なり

2009年12月22日 18:51

紅葉と黄葉
秋になると広葉樹は葉を色づかせ、落として冬に備える。何故葉が赤くなったり、黄色くなったりするのであろうか?なぜ落葉する樹と常に青い常緑樹があるのであろうか?高校生に立ち返ってこの問題を考えてみよう。

植物には葉の表面にたくさんの気孔と呼ばれる穴があって、ここから空気を取り入れる。ほとんどの樹木について気孔は日中に開き、夜閉じるようになっている。気孔から取り入れられた空気中の二酸化炭素と、根から幹をつたって葉へと吸い上げられた水、そして葉に色を作り出している葉緑素で捉えられた太陽光エネルギーで光合成と呼ばれる化学反応が行われ、ぶどう糖やでんぷんと酸素が作られる。酸素は気孔から大気中に放出され、ぶどう糖やでんぷんは樹に蓄えられエネルギーとして使われる。樹木は生命を維持するために多量の水をもっているが、葉にある気孔から蒸発していく。この気孔から大気へでていく水分とその木が置かれている環境が、落葉樹と常緑樹を決める。

 基本的に落葉樹は雨がたくさん降っている季節であれば、葉の表面の気孔から大気中に発散される水分をまかなえる水分が保持できるので、できるだけ光合成をしてエネルギーを保存することに使われる。しかし、乾季や冬の雨がほとんど降らない時期は気孔から水分をどんどん失われていくと生命に影響するので、光合成を犠牲にしてまでも、いまある貯蓄で雨の少ない時期を耐え忍ぶ道を選択する。このために落葉樹は2~3週間のうちには葉を枯らせて落としてしまう。落葉樹は環境条件に従って、吸収するよりも多くの水分が失われる時期に活動を停止して、光合成で得た養分を保持してじっと環境がよくなるまで待つ方法を確立した。また草は環境のよいうちに種を作りそれを拡散させて(次世代が)生き残る手段を確立した。次に、葉を落とさなくても環境の悪い時期を耐え忍ぶ常緑樹、その中でも寒い冬に対抗する手段をみつけた木として針葉樹があげられる。
針葉樹は針状の葉っぱを持っている。これによって光合成ができる面積も少なくなるが、気孔の数が少なくなり水分蒸発を防いでいる。また針葉樹は一部の木を除いて常緑であるから、冬の最中でも温かい日や、春も間近になると落葉樹がまだ新しい葉をつけないときから光合成ができるという利点もある(日本の針葉樹ではカラマツだけは落葉する)。だから落葉も常緑も一長一短なのである。では楠は?楠は日本古来から存在した樹ではなく、有史以前に中国南部から渡来した樹であり、主に南西部に分布する。中国南部に植生していた樹であるため、従来の性質通り日本の冬にも葉を落とさない。

落葉樹は秋になり、気温が下がって来ると紅葉や楓は赤くなり、銀杏の葉っぱは黄色くなる。赤くなったり黄色くなったりする仕組みはどのようになっているのであろうか? 赤く紅葉する植物の場合、まず葉柄に離層(りそう)と呼ばれる細胞の層が作られ、葉から茎に向かう養分の補給が止まる。光合成ででんぶんがつくられる。しかし離層があるためにでんぷんが葉にたまることになるが、この葉に蓄積されたでんぷんは糖に分解されていく。一方で、葉っぱの緑色のもとになっているクロロフィル(葉緑素)は多量にあるが、これが寒さでアミノ酸に分解されていく。この糖とアミノ酸からアントシアンという物質が作られていく。このアントシアンが紅葉を作り出している。
 晴れの日照時間が長く、秋に急に冷え込むと紅葉が綺麗だといわれるのはでんぶんが多量に生成され、またクロロフィルが急激に分解されるために、結果としてアントシアンが多くなり葉っぱがより紅くなるためだ。
一方銀杏の葉のように黄色くなるのはどのような機序であろうか?

葉にはカルチノイドという黄色い色素が少量ではあるが含まれている。黄色くなるイチョウは、離層が完成する前に葉の糖を全て幹に送りだす。糖のない状態で葉の葉緑素が壊れるのと更にアントシアンを生成する酵素が欠乏しているため、それまで隠れていたカロチノイドという黄色い色素が出てくる。イチョウが黄色くなる理由は、少しでも多くの栄養を幹に送り出し厳しい冬に耐えようとする生き残り戦略だ。

銀杏の樹は街路樹などに植えられ、秋になると黄色に姿を変え、目を楽しませてくれる機会も多く、今ではありふれた樹と考えられているが、実は「生きた化石」なのである。実際、西欧では300年前くらいの人たちは化石でしかみることができない一億年前に栄えていた木だと思っていた。しかし日本から帰ったオランダ人がイチョウの苗木を持ち帰りその存在が西欧に驚きをもって伝えられた。しかしこの日本の銀杏も中国伝来で仏教が伝来したときに伝えられたものだと言われる。日本でもイチョウはすでに100万年前には絶滅していた幻の樹であったのである。





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