شیمی رنگ های پاییزی

هر پاییز در سرتاسر نیم کره شمالی، درطول شب و با کاهش درجه حرارت، درختان برا ی زمستان مهیا می شوند. دراین آماده شدن، میلیاردها تن، یعنی خروارها برگ بر زمین می افتند. درمناطق معین ،مانند منطقه ی خودمان، افتادن برگ ها منظره دیدنی رنگ ها را به نمایش می گذارد. برگ هایی که پیشتر سبز بودند، بسته به گونه آن میتوانند به شید های درخشانی از زرد ،نارنجی و یا قرمز و همچنین قهوه ای تبدیل می شود. این تغییرات رنگ نتیجه دگرگونی در رنگدانه های برگ است.

رنگدانه سبز برگ ها، کلروفیل می باشد. کلرفیل نور قرمز و آبی روشن را از نورخورشید که به برگ می تابد جذب می کند ، ازاین رو، ازآنجایی که انعکاس نور قرمز و آبی به وسیله برگ کاسته شده به نظر سبز میرسد. کلروفیل داری دو رنگدانه ست ، رنگدانه a و رنگدانه b . مولکول کلروفیل بزرگ:C₅₅H₇₂MgN₄O₅ برای کلرفیل a، و C₅₅H₇₀MgN₄O₆ برای کلروفیل b . مولکول های کلروفیل درداخل سلول متصل شده اند به ساختار صفحه ای شکلی به نام کلروپلاست . کلروپلاست جایی است که در آن فتوسنتز اتفاق می افتد، فرایندی که درآن انرژی نورانی به انرژی شیمیایی تبدیل می شود. نور جذب شده بوسیله کلروپلاست انرژی مورد استفاده گیاهان را برای تبدیل دی اکسیدکربن و آب به اکسیژن و کربوهیدرات فراهم می کند، که فرمول کلی آن چنین است: C_x(H₂O)_y.

دراین واکنش گرماگیر، انرژی نور جذب شده توسط کلروفیل به انرژی شیمیایی ذخیره شده در کربوهیدرات ها(قندونشاسته)تبدیل می شود. این انرژی شیمیایی برای جلو بردن واکنش های بیوشیمیایی فراهم می سازد مثل رشد گیاهان و گل و تولید دانه.
کلروفیل یک ترکیب خیلی پایدار نیست، با نور شدید خورشید تجزیه می شود، برای حفظ مقدار کلرفیل در برگ های خود گیاهان بطور مداوم آنرا سنتز می کنند، سنتز کلروفیل درگیاهان نیاز به نورخورشید و درجه حرارت گرم دارد. بنابراین ،در طول تابستان کلرفیل به طور مداوم در برگ درختان شکسته و بازسازی می شود .

دیگر رنگ دانه ی موجود در برگ بیشتر درختان کاروتونئد است. کاروتنئد نور های سبز-آبی و آبی را جذب می کند. و نور منعکس شده از کاروتونئد زرد به نظرمی رسد. مانندکلرفیل ،کاروتونید نیز مولکول های بزرگ هستند که در کلروپلاست موجودمی باشند دونوع کاروتونئد داریم. برخی هیدوکربن ها ،ترکیباتی که فقط شامل کربن وهیدروژن هستند ،مانند بتاکاروتن (C₄₀H₃₆). دیگری با نام زانتوفیل ،حاوی اتم های دیگری علاوه برکربن وهیدروژن است، به عنوان مثال لوتئین که اکسیژن درآن وجود دارد (C₄₀H₅₆O₂).فعالیت کاروتونید محافظت از کلوفیل از اکسیداسیون و به عنوان یک جذب کننده نورهای دیگر است. انرژی نور جذب شده توسط آنها دارای منشاء رنگ های متفاوتی است نسبت به جذب شده باکلرفیل است،واین انرژی جذب شده توسط آنها به کلروفیل منتقل می شود. از آنجای که در برگ مقدار کلروفیل بیشتر است، تازمانی که کلروفیل موجودست ، کاروتنوئیدها اثر کمی برروی رنگ برگ دارند.

دسته سوم از رنگ دانه ها که دربرگ وجود دارند آنتوسیانین می باشند. آنتوسیانین نورسبز-آبی و نورسبز را جذب می کند. بنابراین نور منعکس شده ازبرگ حاوی آنتوسیانین قرمزبه نظرمی رسد. برخلاف کلروفیل و کارتونوئیدبه غشاء سلول نمی چسبد. آنها در سلول بوسیله یک فرایند مصرف انرژی که بانور آغاز شده است تولید شده اند. هنگامی که آنها تولیدمی شوند، درشیره سلول حل می شوند یا رها می شوند. آنتوسیانین مسئول قرمزی پوست سیب رسیده وبنفشی انگور رسیده می باشد. بنابراین برای تولیدرنگ قرمز در رنگدانه نیازمند پرتو نور است، دراغلب اوقات یک سیب رسیده یک طرفش سبز و طرف دیگرقرمز است؛ سمت قرمز درمقابل نورخورشید بوده وسمت سبز درسایه بوده. برگ های قرمز بر روی درخت درسمت آفتابی هستند.

در طول تابستان ،برگ درختان کارخانه های تولیدشکر از دی اکسیدکربن و آب توسط عمل نوردرکلروفیل هستند. آب وموادغذایی غنی ازطریق ریشه، به شاخه وبه برگ جریان می یابد. قند تولید شده از فتوسنتز دربرگ، درسایر قسمت های درخت، که دربرخی جاها از انرژی شیمیایی برای رشد استفاده می شود و دربرخی جاها ذخیره شده است. طولانی شدن شب ها محرک تغییراتی در درختان می شود.یکی از این تغییرات رشد غشاء چوب پنبه ای بین شاخه وبرگ به ساقه است. این غشاء مانع می شود درجهت جریان مواد مغذی به برگ ،این لایه محافظت کننده سطح شاخه ست زمانی که برگ خواهدافتاد. ازآنجای که جریان موادمغذی قطع می شود، تولید کلروفیل در برگ کاهش، و رنگ سبزبرگ ها محو است، اگر برگ حاوی کاروتن باشدمانند درخت غان و درخت گردویی آمریکایی ، آن را از سبز به زرد درخشان تغییر خواهد داد که کلروفیل ازبین می رود.
یکی دیگر از تغییرات دربرگ شروع تخریب رنگ دانه دربرگ است. تخریب کلروفیل با پیشرفت بیشتری نسبت به کارتونویئد انجام می شود. هنگامی که کلروفیل تخریب می شودرنگ سبزمحو،برگ پژمرده شده وپشت سرآن رنگ زردکارتونویئدباقی می ماند.برخی درختان آنتوسیانین در پاییزتشکیل می دهند و این رنگدانه باعث دگرگونی رنگ زرد برگ ها ابتدا به نارنجی و سپس قرمز است.
افرای قرمز ،بلوط قرمز وسماق با تولید آنتوسیانین فراوان رنگ قرمز ازبین رفته وبنفش رادرچشم اندازه پاییزنمایش می دهدودرختان دیگر مانند راش ،تخریب کارتونویئد زرد رنگ، رنگ قهوه ای جایگزین می شود که ناشی ازتخریب ازاکسیداسیون تانن در برگ ست.
محدوده وشدت رنگ پاییز تاحد زیادی تحت تاثیرآب و هوا می باشد. آب و هوای گرم و مرطوب به تاخیرمی اندازد ناپدید شدن کلروفیل و پیدایش آنتی سیانین را .آب و هوای خشک مساعد تخریب کلروفیل ست،آب و هوای آفتابی بالا بردن تشکیل آنتوسیانین ،بنابر این درخشان ترین رنگ پاییز نمایان می شود زمانی که روزها خشک و آفتابی و به دنبال آن شب های سرد و خشک است .

درسال های اخیر ،رنگهای پاییز موجب جذب گردشگران ومسافران بیشتر و بیشتر به مناطقی از :انگلستان وویسکانسین ، (درویسکانسین ،گردشگران بیش از ۱میلیارد دلار برای دیدن رنگهای پاییز پرداخت می کنند )ترکیب مناسب ازگونه های متنوع درختان و شرایط آب وهوایی دراین مناطق صحنه جذاب ودیدنی را به نمایش می گذارد.

در پایان سپاسگزاری وقدردانی می کنیم ازپروفسور کنستانس Nozzolillo،دانشگاه اتاوا،پروفسور لارنس اندرسون ،دانشگاه ویسکانسین -مدیسون درتهیه شیمی هفته.

منابع
“رنگ برگ پاییز به عنوان نشانه های بازیافت سلولی ودفاع دربرابر تنش های محیطی “Oughamهلن,فیلیپ مورس، وهاروارد توماس ،مباحث جاری درزیست شناسی تکوینی ،2005،جلد،66،ص 135-160.
“جدول زمان بندی ازپیری پاییز”،keskitaloیوهانا ،Bergquistگوستاف، Janssonاستفان،Plant Physiology،آگوست2005،جلد،130،ص ص .1635-1648.

بیشتر بخوانید

اقلیم -آب وهوا تغییراکوسیستم دریاچه،Dartmouth-led
http://www.EurekAlert.org/pub-releases/2015-02/dc-clc022515.php

مترجم: لیلا ابوئی دانشجوی کارشناس ارشد شیمی معدنی

سرچشمه ها:
http://scifun.chem.wisc.edu/chemweek/chemweek.html

https://en.wikipedia.org/wiki/Autumn_leaf_color