紅葉のしくみ

冬が近づくと、それまで緑だった木々の葉が黄色や赤に色づきます。おなじみの紅葉（黄色の場合は黄葉と書くこともあります）で、日本をふくむ中緯度（熱帯夜極地方以外）の地域であればどこでも見られる現象です。でも、なぜ葉の色が変わるのでしょう？植物は季節を感じ取っているのでしょうか？

紅葉といえば、赤くなるモミジや黄色に変わるイチョウがよく知られています。これらの木々の葉も、春から夏にかけては緑色。そもそもなぜ植物の葉は緑なのでしょう。

植物の葉はふだんの日中には、二酸化炭素と水、光を使って養分（エネルギー）と酸素を作っています（光合成）。このとき、光を効率良く吸収するために働くのがクロロフィル（葉緑素）という色素です。植物細胞の中にある葉緑体に含まれていて、光の3原色（赤、青、緑）のうち、おもに青と赤の光を吸収し緑の光を反射するため、植物は緑に見えるのです。そして紅葉のしくみのひとつが、このクロロフィルの変化にあります。

秋になると、樹木は冬支度をはじめます。気温が低くなると光合成などの反応速度が遅くなり、また昼の時間が短く、太陽の光も弱まるので、生産できる養分が減ります。使えるエネルギー量も減るために樹木は冬の前に、消費エネルギーの少ない状態…いわば省エネモードとするために、葉のはたらきを徐々に止めていくのです。この変化を「葉の老化」と呼ぶ場合もあります。

まず、葉の活動を低下させて消費エネルギーを節約するため葉の根もとに「離層」という水や養分の行き来を減らすバリアのようなものをつくります。
さらに葉のクロロフィルを分解して養分に変え、幹に送って活動のエネルギーとして利用します。クロロフィルが減るため緑色がしだいに弱くなるのです（薄まる）。

葉の緑色が弱まると、もとから葉にあった別の色素の色が目立つようになります。多くの葉にはクロロフィルの他にも、黄や赤に見えるカロテン類やキサントフィル類などの色素（まとめてカロテノイドという）があります。
これらの色は、クロロフィルが多いときは緑に隠れて感じられません。でもクロロフィルが減って緑色が薄まると目立つようになります。イチョウなどで起きる黄葉はこれが原因です。

また、ブナやケヤキなどでは、葉の中でタンニンが増えることで、濃い茶色（褐色）が目立つようになります。タンニンはお茶に含まれることで知られる物質で、そのもととなる物質は多くの植物がもとから持っています。これが葉の老化とともに酸化などの化学変化を起こして、褐色のタンニンになります。
これを紅葉や黄葉にたいして褐葉ということもあります。

モミジなど赤くなる植物では、葉緑体の分解が始まる前にアントシアニンという物質がつくられはじめます。アントシアニンは赤や紫の花などにも含まれる色素で、多くなると葉は赤く色づいて見えます。
アントシアニンができはじめるきっかけやそのはたらきについては、まだ完全にはわかっていません。
ただ、秋になって光合成の効率が低くなったときには、太陽の光が強すぎて植物の体の害になる場合があります。アントシアニンはおもに紫外線を吸収するので、葉緑体のはたらきが弱まったときに強すぎる光をやわらげる役割があると考えられています。
このように紅葉は、クロロフィルが減ってもとからあるカロテノイドが目立つと黄色に、アントシアニンが多く作られると赤色になる現象です。
なお、葉の根もとにできる離層には、細胞のつながりをほぐす物質も含まれているため、完成すると柄がちぎれて葉の部分が落ちる植物もあります（落葉）。