zouibwke2013-04-01

為什麼有些樹木的葉子會在秋天變紅，

這是一個比為什麼綠葉

會轉黃難解得多的奧秘。綠葉轉黃只不過是揭下了綠

顯底發山劑卷斷

色的面紗，因為在

360問答

漫長、翠綠的夏天裡，黃色素一直躲藏在樹葉中；而當炎夏告別，綠色素分解時，黃色

便一展風采。可是，紅色素

卻並非整個夏天都在樹葉裡遊蕩。通常只是在快要落下枝頭的前幾星期，樹葉才強打起臨終前最後的精神，拼死製造紅色素，從而展現

揚劉

出一片奼紫嫣紅。

有人說，樹葉在秋天變紅簡直就是死神降臨前最後的“

梳妝”。科學家發

現，秋葉中的世界有如冰

海沉船上的大動亂

——新陳代謝的通道（逃生之路）被堵死，各類化

合物（乘客）開始分解（崩

潰）。大限將至的細胞們抓緊時間搶救有價值的東

西（尤其是氮），把它們轉

移至安全處。那麼，在這生死攸關

的緊要關頭，樹葉怎麼還會有閒心

披上紅裝打扮自己？樹葉製造紅色的機器是被偶然開動的，還是紅色素有助於儲存某種有價值的東西？為什麼“

調能城侵李謂

樹葉泰坦尼克”的乘員們會不顧逃命，反而停下來修補自己

那已無實際價值的“

特等艙”呢？

植物的降壓靈

植物不計代價地制

造紅色素，其中一定有某種原因

。但究竟是什麼原因呢？人們自亞里士多德時代就開始了思考。但是直到2002年9月，才有人提出了一種令人信服的解釋：紅色素是大

自然的“降壓靈”

，它們能讓脆弱、精細的細胞結構免遭破壞，而這種破壞嚴重威脅著那

航夠攻何引夠了王弦供升

些面臨巨大壓力的植物。缺乏水分

圍際看整唱漸識兵重比

、光照過強、缺少養分、遭遇食草動物和病菌襲擊等，都會讓植物產生危險的自由基。自由基會攻擊細胞膜，破壞DNA，而紅色素能清除自由基，對維

察修戰檢功幹

持樹葉的生存非常重

處較事解束防系位衡

要。

其實，此前對於“為什麼某些植物會具有紅葉”這一問題已有多種解釋。比如，紅色素能讓樹

衝陳行

葉在寒冷環境中保持暖和。又如，紅色素能幫助植物抵禦旱

情，以及嚇退或吸引昆

蟲。最具有說服力的一種解釋，是紅色素能阻擋危險的

紫外線。不過，這一解

釋存在嚴重漏洞：能阻擋紫外線的花青素，一般只存在於葉肉內進行光合作用的組織中，這會讓葉片最

九牛

上層的細胞暴露在危險之中

解娘

。不僅如此，其他色素更容

成裡所大地絲吧據秋狀

易製造，也能更有效地阻擋紫外線，那麼樹

葉還有什麼理由偏要去

製造昂貴的紅色素呢？事實上，以上每一種解釋都只適用於一種或

者一些紅葉，但不

能解釋全部。

樹葉中幾乎所有

線害得波幹

的紅色素，都是花

青素的產物。花青素是一小組黃酮

醇分子，它們產生

於細胞質中，並被

運往細胞的空胞液泡。花青素開始是無色的，但在加入糖分子和其他一些化學成分後，就產

生了紅色、栗色、紫

色和藍色。這一過程

十分複雜，非常消

耗能量，所以除非有重要作用，否則植物是不可能如此勞神費力地來製造色素的。花瓣用明亮的色彩吸引路過的傳花粉者；

問貴查超查言眼植信也

果實用誘人的色彩向動物展示自

比州少犯臺繼否副

己的成熟，目的是讓動物為自己傳

樹卻樹

播種子。但是，植物早在開花、

女買擊策我任施秋她厚候

結果之前很久，就已在製造紅色素了。

草

去考福院作面在能

本植物雖無搶眼的花朵，針葉松儘管根本就不開花，卻也一樣能製造花青素，甚至連一些更古老的蕨類植物和苔蘚也能製造花青素。由此可以推測，花青素具有某種重要的生理功能。紐西蘭奧克蘭大學的植物生理學家古爾德多年來一直在從事有關樹葉變紅的研究。一天夜晚在啜飲紅葡萄酒時，他突然想起了某些研究者的說法——“每天一兩杯紅酒，保你活到九十九”。紅酒中最明顯的保健成分就是黃酮醇，也就是包括花青素在內的一組色素。

黃酮醇是高效抗氧化劑，它們能清除自由基和活潑氧。如果放任不管，自由基和活潑氧都會破壞細胞膜和DNA。皺紋、風溼和癌症發生的原因，都被認為同自由基和活潑氧有關。而從植物色素中提取的物質，被認為能抵禦疾病和衰老。醫生和專家建議公眾多吃水果和蔬菜，尤其是紅色果蔬，其理由就是它們不僅富含維生素，而且它們本身就是優質的抗氧化劑，因為它們富含花青素。在清除自由基的能力方面，紅色素是維生素E或維生素C的四倍。

正因為自由基對植物和對人類一樣有害，所以古爾德懷疑紅色素也能像保護人類一樣保護植物本身。植物經常面臨自由基和活潑氧的威脅，一些自由基和活潑氧對細胞是致命的。植物細胞中有一系列的酶和酚色素能對付自由基和活潑氧，但有時前者不足以抵擋後者的進攻。古爾德猜測當植物最急需時花青素或許能提供另一層保護。

確實如此，引發自由基產生的因素，同時也引發了花青素的生成。比如，當昆蟲叮咬紐西蘭的霍羅皮託樹時，傷口周圍就會出現紅斑。而當旱情嚴重時，當地另一種樹的綠葉就會變紅。另外，在樹葉生命中的最嚴峻時刻，如初次茂盛和將要落下時，花青素的含量最高。

盾牌和清道夫

雖然有大量證據表明花青素是強力抗氧化劑，卻無人查證過它是否對植物也具有相同的功效。在這方面進行研究，古爾德具有得天獨厚的條件，因為紐西蘭的紅葉植物種類繁多，樹葉變紅的機率和程度很不相同。有的植物是紅、綠葉相間，有時甚至就在同一樹枝上；有的是同一片樹葉上紅、綠斑相間；有的是紅葉樹緊挨著同種綠葉樹生長。這些植物都是研究紅色素功能的最佳目標，因為它們的紅色和綠色組織在各個方面都完全相同，只有一個例外——花青素水平。

古爾德的學生從樹葉顏色不同的同種植物上分別取下紅葉和綠葉，並比較它們的抗氧化能力，結果發現紅葉提取物比綠葉提取物強13倍。令人吃驚的是它們緊挨著生長，又屬同種植物，但樹葉顏色竟然不同。接下來的問題是：為什麼這種植物的葉子不是全都變紅了呢？答案看來是：產生紅色素的植物葉子所受到的太陽光照要強烈得多，而陰涼處的樹葉卻保持了綠色。這一推測在實驗室中得到了證明，但古爾德希望觀察到花青素在活細胞中的作用。於是，他選擇霍羅皮託樹為研究物件，這種樹幹的葉面上紅、綠斑交雜。在一名學生的幫助下，他模擬樹葉遭昆蟲叮咬的情況，並觀察植物的反應。首先，他需要確定昆蟲叮咬是否會引發自由基的形成。為此，他的學生從葉皮上取下綠色及紅色組織樣本，並在樣本中注入一種染料。當存在自由基時，該染料在紫外光下會閃亮。接著，古爾德用針刺葉片組織，以此模擬昆蟲叮咬。效果可謂立竿見影。在顯微鏡下古爾德看到，不論被刺的是綠色組織還是紅色組織，傷口周圍都形成了明亮的光圈。而不同的是，紅色區域的光圈過了不到5分鐘就消失了——所有自由基都被紅細胞吞噬了。而在綠細胞中，光圈則過了10分鐘才消失。

但是還有一個問題：當花青素被限制在空胞液泡中時，它們抵禦自由基的能力又如何呢？實驗表明，在清除自由基方面，剛在細胞質中製造出來的花青素同空胞液泡中的花青素作用一樣，這表明花青素能對細胞膜和DNA等提供全面的保護。事實上，花青素不僅能清除自由基，而且能限制自由基的產生。具有諷刺意味的是，植物面臨的最大威脅之一正是陽光。當光照過強時，植物光合作用組織中的葉綠素分子就會將多餘的能量轉移到分子氧，並將後者分裂成單個氧、過氧化氫和尤其有害的羥基自由基。所有這些物質都會破壞細胞的重要組成部分。有時，甚至連並不算強烈的光線也是有害的。當植物感到壓力時，哪怕就平時而言是適量的光照對植物來說都是過量的。對於這種型別的傷害，紅色素能透過阻擋綠色光來保護光合作用組織。儘管葉綠素能反射掉到達自己的大部分綠光，但綠光卻具有極高的能量，因而極易引發自由基的形成。另外，綠光還比其他波長更能穿透樹葉，直至到達海綿組織。

古爾德的學生髮現，洛羅魯嗦萵苣的紅色組織能比綠色組織更好地應對強光。這種萵苣起皺的葉邊紅得發紫，越往中間則越呈綠色，強光在紅色組織中引發生成的自由基比在綠色組織中少。每當情況不妙時，紅色素不僅能直接清除自由基，而且能間接充當著盾牌。在淘赫俄黑樹的葉片上，可清楚地觀察到紅色素盾牌的有效性。同一株淘赫俄黑樹上，不僅有綠葉和紅葉，而且有紅綠相間的單片樹葉。在綠光照射下，葉綠素會發出熒光。當用綠光照射綠葉時，葉片通體都發出熒光。而用綠光照射紅葉或紅色區域時，細胞紅色組織下面的花青素不僅能阻擋光線，而且能清除自由基，因而具有雙重保護的極佳功效。

紅色素的“光線盾牌”和“自由基清道夫”這雙重角色，能夠解釋為什麼眾多熱帶植物的新葉會紅得發亮。植物頂部的新葉暴露在高溫和強光下，而“紅色盾牌”則能保護正在生長的葉綠體免遭破壞。到葉片完全展開即長成熟時，就能產生更多的抗氧化酶和其他黃酮醇。此時，葉片不再需要高級別的保護，紅色也隨之消褪。熱帶雨林最下層的植物葉片背面通常是紅色的，這一現象也可用“盾牌與清道夫”理論來解釋。在到達樹頂的光線中，只有很少部分能到達地面，因此地面植物就習慣了在陰暗處生長。不過，偶爾也會有比通常到達地面的光線強度高上千倍的強光束穿透黑暗，擊中地面的植物。而早已習慣在黑暗中生長的葉片缺乏蠟樣的保護膜或纖毛，也沒有足夠的抗氧化酶，因而不能像雨林頂端的植物葉片那樣自我保護，所以，地面植物就難以獲得足夠的陽光來進行光合作用，而將花青素集中在葉片的下層組織中，看來是一個折衷：使穿過葉片組織的光線強弱形成一個梯度，既保護了葉片下層對光線很敏感的葉綠體，同時又允許光合作用在靠近葉面的對光不那麼敏感的細胞中進行。

為新生而犧牲

“盾牌和清通夫”理論是否也能解釋新英格蘭秋季植物那令人目眩的紅色呢？許多年來，一種被廣為接受的觀點是：當植物的葉綠體被分解掉（即新陳代謝的通道被堵死），而且植物在甩掉自己的葉片之前已儘可能地拯救了有價值的東西之後，剩下的就是色彩。但最新理論認為，這一解釋對黃色和橘橙色是適合的，但對紅色卻不適合。

科學家對美國麻省哈佛森林中的89種紅葉植物進行了觀察，發現其中70%的植物都是在衰老期製造花青素的。也就是說，甚至在自己行將死亡之際，秋葉卻在加緊製造著紅色素。不僅如此，當這些樹種面臨寒潮等惡劣條件時，其葉片會變得更紅。事實上，花青素能極為有效地保護秋葉。以紅柳山茱萸為例，這種灌木的葉片越暴露，就越容易在秋天變得發紅乃至發紫，而越是呆在暗處則越能保持綠色。如果用強光照射30分鐘，可發現綠葉所受損害遠比紅葉大，且恢復元氣卻比紅葉慢。

可是，有什麼要保護死期將至的葉子呢？最新觀點認為，紅色素“盾牌”能足夠長時間地保護葉綠體免遭過量陽光的破壞，以便讓樹木從樹葉那裡獲取額外的養分，從而為來年春暖花開時樹木的新生做好營養準備。每當秋天來臨，樹葉就開始拆除自己的葉綠體，這使得樹葉更易受到光線傷害。在這一拆除、分解過程中釋放的葉綠素分子極具危險性，只要有光線擊中它們，就會產生大量致命的氧自由基。所以，假如葉片細胞在“垂暮之年”受到損害，植物自我拯救行動成功的機率也將大大減少。換句話說，製造紅色素是為了保護死期將至的葉子，而保護“老朽”的樹葉則是為了保證樹木在來年的新生。這是多麼偉大的犧牲與奉獻！

那麼，“盾牌與清道夫”理論是否已破解了“為什麼有些葉子是紅色的”這一奧秘呢？儘管已有一些令人信服的證據，但仍有人懷疑這一理論的完整性和準確性。最終答案也許將來自於一種更低等的植物——歐龍牙草。這種植物出現在大約4。5億年前，是地球上最早期的植物之一。那時，歐龍牙草的生存環境極為惡劣，因為當時地球所受到的紫外輻射要比今天強得多。植物要想存活下來，就必須找到與自由基作戰的有效辦法。這種辦法會不會就是製造紅色素呢？

今天，大多數歐龍牙草都生活在潮溼、陰暗的地方——它們是綠色植物，但有一種生活在奧克蘭港海域中部火山島上的歐龍牙草卻獨樹一幟。那裡環境非常糟糕——輻射強烈，養分少，或許同最早的歐龍牙草所生活的環境沒有多大不同。當然，這裡的歐龍牙草還有一點不同——它是紅色的。

背景知識

臨終妝扮，為了最後的奉獻

生理學研究表明，樹葉在其生命的最後數星期裡，也許需要特殊的保護。實驗證明，老樹葉收集陽光進行光合作用的能力比年輕但成熟的樹葉差。當樹葉變色時，儘管植物獲取能量的效率和處理能量的效率都會下降，但後者下降得比前者快，造成能量超負荷，植物的新陳代謝因此減慢。季節性的因素——比如氣溫驟降，同樣會阻礙樹葉的新陳代謝。

可是到了秋季，老樹葉必須儘量搶製出氮等營養，並把它們轉移至可以越冬的植物組織中。所以，雖然老葉的光合作用能力即將喪失，但為了完成拯救行動——為新春樹木的重生備足營養，秋葉仍必須以自己的老邁之軀辛勤工作——捕捉陽光並進行光合作用，直到生命的最後一刻。而製造紅色素，正是為了讓老朽的秋葉奉獻自己最後的幹勁