Sonbaharın belirmesiyle birlikte bazı ağaçların yapraklarının sonbaharın muhteşem, canlı renk tonlarına geçiş yapmaya başladığı görülür. Bu değişiklikler basit gibi değişiklik görünse de, aslında karmaşıktır, bazı kimyasal bileşiklerin sonucudur. Bilim insanları yıllardır ağaçlarda ve çalılarda sonbaharda gerçekleşen değişiklikleri anlamak için çalışmaktadır. Tüm ayrıntıları bilinmese de, doğanın çok renkli görüntüsünün keyfini çıkarmaya yardımcı olacak temel bilgileri açıklayacak kadar bilgi vardır. Sonbahar yapraklarının renk değiştirmelerine yol açan farklı bileşiklerin içerdikleri kimyasal bağlar ya bitişik atomların arasında paylaşılan bir çift elektrondan oluşan tekli bağlar ya da iki çift elektrondan oluşan çift bağlardır. Sonbahar yapraklarında renk değişimlerini sağlayan moleküller, dönüşümlü tekli ve çift bağ sistemleri içerir; buna konjugasyon denir. Bir moleküldeki büyük miktardaki konjugasyon, onun görünür ışık spektrumundaki dalga boylarını emebilmesine ve renklerin ortaya çıkmasına yol açabilir.
Sonbahar renklerini etkileyen üç faktör vardır:
-Yaprak pigmentleri
- Hava durumu
-Gündüz/gece uzunluğu
Yaprak Pigmentleri
Sonbahar renklerinden sorumlu dört ana biyokimyasal grubu klorofil, karotenoidler, antosiyaninler ve tanenlerdir. Her birinin kendine özgü bir rengi ve kimyası vardır. Bu kimyasalların değişen miktarları bir yapraktan diğerine veya hatta ağaçtan ağaca renkte hafif değişiklikler yaratır.
Klorofil
Klorofil, yapraklara yeşil renk veren pigmenttir. İlkbahar ve yaz boyunca bitki yapraklarında görülen yeşil renk, klorofil adı verilen pigmentten kaynaklanır. Klorofil, fotosentez sürecinde güneşten dünyaya gelen ışığın enerjisini toplayan (emen) ve besin (şeker) üreten ana bileşiktir. Klorofil, güneş ışığındaki hem mavi, mor hem de kırmızı, turuncu dalga boylarının büyük kısmını emer ve yeşil dalga boylarının çoğunu yansıtır. Gözlerimize yansıyan renk nedenle yapraklar yeşil görünmektedir.
Azot, klorofilin ana bileşenlerinden biridir. Klorofil molekülleri (C55H70MgN4O6) büyüktür. Bitki hücrelerini dolduran sulu çözeltide çözünmezler. Bunun yerine, hücrelerin içindeki kloroplast adı verilen disk benzeri yapıların zarlarına bağlanırlar. Kloroplastlar, ışık enerjisinin emilmesiyle (absorbe edilmesiyle) kimyasal enerjinin oluşturulduğu süreç olan fotosentezin gerçekleştiği yerdir. Süreç sonunda karbondioksit ve suyun birleştirilmesiyle karbonhidratlar oluşur ve oksijen açığa çıkar. Işıktan gelen enerji kimyasal enerjiye dönüştürülerek karbonhidratların (şekerlerin ve nişastaların) içinde depolanır. Bu arada bitki büyür, çiçek açar, tohum üretir.
Bitkilerde klorofil, güneş ışığı ve sıcaklığın yüksek olması sayesinde sentezlenir. Klorofil çok kararlı bir bileşik değildir; parlak, bol güneş ışığının varlığı onun parçalanmasına sebep olur. Yapraklarındaki klorofil miktarını korumak için bitkiler sürekli olarak onu sentezler. Yaz boyunca yapraklardaki klorofiller sürekli olarak parçalanır ve yeniden üretilir. Yaz aylarının sonunda, günler kısaldıkça, ışık miktar ve sıcaklıklar düştükçe, klorofil üretildiğinden daha hızlı parçalanır. Azotun büyük kısmı dallara geri göç eder ve gelecek yılki yeni büyüme için depolanır. Klorofil parçalandıkça, karotenoidler ve diğer bileşikler ön plana çıkarak algılanan rengi etkiler.
Karotenoidler ve Flavonoidler
Birçok bitkinin yapraklarında bulunan başka bir pigment ise karotendir. Karoten (C40H56) çoğu bitkinin kloroplastlarında bulunur fakat yaz aylarında klorofil seviyesi daha yüksek olduğu için maskelenir. Flavonoidler de karotenoidler gibi büyük kimyasal bileşik aileleridir. Sonbaharda klorofil azalıp kayboldukça renkleri belirginleşmeye başlar. Hem karotenoidler hem de flavonoidler sarıya katkıda bulunurken, karotenoidler turuncu ve kırmızı renge de katkıda bulunur. Önemli karotenoidler arasında havuçlara turuncu rengi veren beta-karoten, yumurta sarısının sarı rengi veren lutein ve domateslerin kırmızı renginden de sorumlu olan likopen yer almaktadır. Karotenoidler ve flavonoidler sonbahar ilerledikçe klorofil ile birlikte bozunurlar, ancak bunu klorofilden çok daha yavaş bir hızda yaparlar ve böylece renkleri görünür hale gelir.
Karoten mavi-yeşil ve mavi ışığı ( 400 ile 550 nanometre arasında kalan dalga boyları) emer. Karotenden yansıyan ışık sarı, sarı-turuncu, kırmızıya yakın tonlardadır. Karoten ve klorofil aynı yaprakta bulunduğunda, birlikte yaprağa düşen güneşten gelen kırmızı, mavi ve mavi-yeşil ışığı uzaklaştırırlar. Yapraktan yansıyan ışık yeşil görünür. Karoten bir yardımcı soğurucu olarak işlev görür. Karotenoidler fotosentezde küçük bir rol oynar, karoten tarafından emilen ışık enerjisi, klorofile aktarılır. Bu nedenle büyüme mevsimi boyunca mevcuttur ancak yalnızca klorofil parçalandığı zaman kendini göstermeye başlar ve yapraklar sarı görünür. Karoten, klorofile göre daha kararlıdır. Klorofil kaybolduğunda bile karoten yapraklarda varlığını sürdürür. Başlıca örnek, kavak büyümesinin benzersiz özelliğini gösteren erken sezon renk değişimidir. Kavaklar, öncelikle genişleyen bir kök sisteminden filizlenerek, birkaç ağaçtan birçok dönüme kadar değişen büyüklükte ağaç grupları veya klonlar oluşturarak çoğalır. Bu klonlar genetik olarak aynıdır. Bir ağacın yapraklarının renginin nasıl, ne zaman değiştiğiyle ilgili bir faktör, bitkideki çeşitli kimyasalların dengesidir. Bu dengenin belirlenmesinde, bir dereceye kadar genetiğin de rolü vardır ve klonlar arasında değişir. Bu farklılıklar nedeniyle, aksi takdirde yeşil kavakların arasında duran, canlı altın renklerine dönüşmüş küçük bir ağaç grubunun bulunduğu yamaçları görmek mümkündür. Bu renk değişimi, izleyicilerin tek tek kavak klonlarını kolayca görmelerini sağlar.
Antosiyaninler
Yapraklardaki bir başka pigment sınıfı antosiyaninlerdir. Kırmızı, mor ve magenta (eflatun, morumsu kırmızı) renkleri, antosiyanin bileşiklerinden kaynaklanır. Antosiyaninlerin yapraktaki kesin rolleri hala belirsizdir; bununla birlikte, bir tür ışık koruyucu rol üstlenebilecekleri, ağacın yapraklarını ışık hasarından koruyabileceği ve dökülmeden önceki süreyi uzatabilecekleri yönünde bazı öneriler vardır. Antosiyaninler mavi, mavi-yeşil ve yeşil dalga boylu ışığı emer. Bu, antosiyanin bulunduran yapraklardan yansıyan ışığın kırmızı görünmesine sebep olur.
Antosiyaninler klorofil ve karoten gibi hücre zarlarına bağlı olmayıp hücre özsuyu içinde çözünmüş durumdadır. Bu pigmentlerin ürettiği renk, hücre özünün pH’ına duyarlıdır. Özsu oldukça asidikse, pigmentler parlak kırmızı bir renk verir; öz daha az asidikse, rengi daha mor olur, alkali çözeltide mordan maviye dönerler. Antosiyanin pigmentleri, olgun elmaların kırmızı kabuğundan, olgun kırmızı ve kara üzümlerin morundan, kızılcık, yaban mersini, kiraz, çilek ve eriklerin renklerinden sorumludur. Antosiyaninler, flavonoidler sınıfına da dahildir. Hücre özündeki şekerler antosiyanidin adı verilen bileşiklerle birleştiğinde antosiyaninler oluşur. Bu reaksiyon, özdeki şeker konsantrasyonu oldukça yüksek olana kadar gerçekleşmez. Bu nedenle şeker üretimini destekleyen hava koşulları, yani fotosentez, olmazsa olmazdır. Sonbahar geldiğinde günler kısalarak geceler uzamaya başladığında, klorofilin azalması nedeniyle şeker, absisyon (kopma) tabakası oluştuğu için yaprakta sıkışır, şeker konsantrasyonu artar, böylece antosiyaninler oluşur. Reaksiyon ışık da gerektirir. Elmaların genellikle güneş gören tarafının kırmızı, diğer tarafının (gölgede kalan) yeşil görünmesinin sebebi budur. Bulutlu günlerde çok az fotosentez gerçekleşirken yağmur yapraklardaki antosiyaninleri ve karotenoidleri süzebilir. Çeşitli antosiyanin ve karotenoid kombinasyonları aynı ağaçta kırmızı, turuncu ve sarı yapraklar oluşmasına neden olabilir.
Tanenler
Tanenler genellikle kahverengi renklerden sorumludur ve yalnızca yaprak ölmek üzereyken ortaya çıkar. Bazen koruyucu veya hastalık önleyici özelliklere sahip, besleyici olmayan bir bitki kimyasalı olan fitokimyasal olarak adlandırılırlar. Tanen, ağacın metabolizması sonucunda oluşan tadı acı, buruk bir atık üründür. Yaprak gerçekten öldüğünde, tanenler yapraklardan sızarak kahverengi rengi oluşturur. Klorofil veya karotenoidler kaybolmadan önce yaprakları öldüren hızlı bir donma sıcaklığı renklerin yeşilden kahverengiye çok hızlı bir şekilde geçmesini sağlayabilir.
Belirli Türlerin Karakteristik Renkleri
Yaşanılan yere bağlı olarak farklı ağaç türlerinde geniş bir renk yelpazesi görülür. Bazı renkler belirli türlerin karakteristik özelliğidir:
Meşeler: kırmızı, kahverengi veya kızıl (kırmızımsı kahverengi)
Amerikan cevizi: altın bronz
Titrek kavak ve sarı kavak: altın sarısı
Kızılcık ağacı: morumsu kırmızı
Kayın: açık ten rengi
Ekşi ağaç ve siyah tupelo: kızıl
Akçaağaç yapraklarının rengi türlere göre farklılık gösterir:
Kırmızı akçaağaç: parlak kırmızı
Şeker akçaağacı: turuncu-kırmızı
Siyah akçaağaç: parlak sarı
Çizgili akçaağaç: neredeyse renksiz
Karaağaç gibi bazı türlerin bazı yaprakları buruşur ve dökülür, donuk kahverengi dışında çok az renk gösterir. Yaprak karoten içeriyorsa, huş ve ceviz yapraklarında olduğu gibi, klorofil kayboldukça yeşilden parlak sarı bir renge döner. Bazı ağaçlarda, yapraktaki şeker konsantrasyonu arttıkça, şeker antosiyaninler oluşturmak üzere reaksiyona girer. Böylece, sararan yapraklar kırmızıya dönmeye başlar. Kırmızı akçaağaçlarda, sumak ve kırmızı meşelerde, çok miktarda antosiyanin üretilir ve sonbahar manzaralarında en çarpıcı kırmızı ve morlar görülür.
Hava Durumu
Herhangi bir sonbahar mevsiminde oluşan renklerin miktarı, parlaklığı ve yoğunluğu, yapraklardaki klorofilin azalmasından önce ve bu dönemde meydana gelen hava koşullarından büyük oranda etkilenir. Sıcaklık ve nem ana etkenlerdir. Art arda gelen sıcak, güneşli günler ve serin, soğuk ama dondurucu olmayan geceler, en muhteşem renkli görüntüleri ortaya çıkarıyor gibi görünmektedir. Bu günlerde yaprakta çok miktarda şeker üretilir, ancak gecelerin serin olması ve yaprağa giden damarların kademeli olarak kapanması bu şekerlerin dışarı çıkmasını engeller. Şekerin ve ışığın bol olması yapraklara kırmızı, mor ve kızıl tonlar kazandıran antosiyanin pigmentlerinin üretimini destekler.
Karotenoidler yapraklarda her zaman mevcut olduğundan sarı ve altın renkleri yıldan yıla neredeyse sabittir. Havanın kuru olması, özsudaki şeker konsantrasyonunu, dolayısıyla antosiyanin miktarını artırır. Bu nedenle en parlak sonbahar renkleri, kuru, güneşli günlerin ardından serin, kuru geceler geldiğinde ortaya çıkar. Topraktaki nem miktarı da sonbahar renklerini etkiler. Toprağın nemi de her yıl aynı olmayabilir. Hava durumu, toprağın nemi ve bunların sayısız kombinasyonu, hiçbir sonbaharın birbirine benzememesini sağlar. İlkbaharın geç gelmesi veya yazın görülen şiddetli kuraklık da sonbahardaki renk değişimlerinin başlamasında gecikmelere neden olabilir. Öte yandan, güneş ışığını engelleyen yağmurlu, rüzgarlı ve bulutlu, ılık sonbahar günleri daha az güneş ışığına ve daha düşük şeker miktarlarına yol açarak sonbahar renklerinin yoğunluğunu azaltır. Erken don veya donlar, yaprakların daha erken düşmesine neden olan güçlü rüzgarlarla birlikte sonbahar yapraklarının kalma süresini etkileyebilir. Ayrıca, yılın başlarında, örneğin ilkbaharın sonu veya yaz aylarında kuraklık varsa, bu yaklaşan sonbahar yapraklarının rengini geciktirebilir.
Gündüz/Gece Uzunluğu
Renk değişikliklerinin zamanlamasını, yaprakların dökülmeye başlamasını belirleyen takvimdir. Yağış, sıcaklık, besin kaynakları değişken çevresel faktörlerdir ancak en etkili olan durum sonbaharın başlamasıyla birlikte gece uzunluğunun artmaya başlamasıdır. Bitkilerde klorofil molekülünün sentezlenmesi güneş ışığı ve yüksek sıcaklıklar gerektirir. Uzun, sıcak yaz günleri, klorofilin sürekli üretimi ve parçalanması için ideal koşullardır. Günler kısaldıkça ve soğudukça klorofil üretimi yavaşlar ve artık parçalanan klorofilin yerini almaz. Yaprağın iç ve dışına sıvı taşıyan damarlar, her yaprağın tabanında bir hücre tabakası oluştuğunda kademeli olarak kapanır. Bu tıkanmış damarlar (iletim demetleri) yapraktaki şekerleri hapseder ve antosiyanin üretimini teşvik eder. Bu ayırıcı tabaka tamamlandığında ve bağlantı dokuları kapatıldığında yaprak düşmeye hazır hale gelir. Renk değişiminin zamanlaması türlere göre de değişir. Örneğin, güney ormanlarındaki ekşi ağaçlar yaz sonunda canlı renklere bürünebilirken, diğer tüm türler hala canlı bir şekilde yeşildir. Meşeler, diğer türlerin yapraklarını dökmesinden çok sonra renklerini kazanırlar.
Türler arasındaki zamanlama farklılıkları genetik olarak kalıtsal gibi görünmektedir; çünkü aynı enlemdeki belirli bir tür, yüksek dağ rakımlarının serin, düşük sıcaklıklarında, daha sıcak alçak bölgelerde (ovalarda) olduğu gibi yaklaşık aynı zamanda aynı renklenmeyi gösterecektir. Değişen mevsimlerle birlikte tüm ağaçlar yapraklarının rengini değiştirmez. Yaprakları dökülmeyen (örneğin köknar, ladin, çam vb.) gibi iğne biçiminde yapraklara sahip olan ağaçlar ve bunların iğne veya pul benzeri yaprakları bütün yıl yeşil kalır. Karakteristik sonbahar renkleri yaprakları dökülen ağaçlarda ve onların büyük, geniş yapraklarında görülür.
Özet
Yapraklara farklı renkler vermekten sorumlu olan dört tür pigment bulunmaktadır. Klorofil, yaprakların yeşil görünmesine neden olur. Yaz aylarında ağaç yaprakları, ışığın klorofil üzerindeki etkisiyle karbondioksit ve sudan şeker üreten fabrikalardır. Su ve besinler köklerden dallara ve yapraklara iletilir. Fotosentez, yapraklardan ağacın diğer kısımlarına akan şekerler üretir, burada kimyasal enerjinin bir kısmı büyüme için kullanılır ve bir kısmı depolanır. Sonbahar resmi olarak 21 ile 23 Eylül (Sonbahar ekinoksu) arasında başlar ( Kuzey yarım küre için) ve o zamandan sonra günler kısalır, geceler daha serinler. Bu değişim ağaçlarda ve yapraklarda da değişimlerin oluşmasına sebep olur. Sonbaharın en önemli olaylarından biri, ağaçların yeşilden kırmızı, turuncu, sarı ve mora dönüşmesidir. Etkisi sihir gibi görünse de, renkteki değişimin son derece makul bir bilimsel açıklaması vardır. Canlı kırmızı, turuncu, sarı ve mora neden olan Antosiyaninler ve karotenoidler gibi ikincil pigmentler aslında her zaman yapraklarda mevcuttur fakat bunlar yılın büyük bir bölümünde yeşil klorofil tarafından gizlenmiş durumdadır. Daha az güneş ışığı mevcut olduğunda, dal ile yaprak sapı arasında mantar benzeri bir zarın büyür, bu zar, besinlerin yaprağa akışını engeller. Besin akışı kesildiği için yapraktaki klorofil üretimi azalır, parçalanır ve yeşil yaprak rengi solar. Klorofil parçalandığında turuncu renk veren karoten ve sarı renk veren ksantofil pigmentleri öne çıkar. Daha koyu kırmızıların benzersiz renkleri kimyasal bir değişimin sonucudur. Antosiyaninlerin çoğu sonbaharda, parlak ışığa ve yaprak hücrelerindeki fazla bitki şekerine yanıt olarak üretilir. Tanenlerin varlığı yaprakları kahverengimsi veya ten rengine çevirir.
Kaynakça:
https://www.fs.usda.gov/detail/whiteriver/home/?cid=stelprdb5388915
https://www.compoundchem.com/2014/09/11/autumnleaves/
https://www.chemistryworld.com/news/explainer-the-chemistry-of-autumn/1017619.article
https://spectrumnews1.com/oh/columbus/weather/2020/10/13/chemistry-behind-the-fall-colors
https://inovatifkimyadergisi.com/sonbaharin-kimyasi
https://kimyaca.com/sonbahar-yapraklarinin-renklerinin-ardindaki-kimyasallar/
Yazar: MÜŞERREF ÖZDAŞ