Sonbaharın tatlı ılıklığı, turuncu ve kırmızı ağaçlar, yere dökülmüş renk renk yaprakların ortaya çıkardığı manzara pek çoğumuzun sevdiği şeyler. Peki hiç merak ettiniz mi bu güzel tablo nasıl ortaya çıkıyor? Sonbaharın renkleri arkasındaki kimya nedir? Bazı bitkiler neden yapraklarını kaybeder? Tüm bu süreçte hormonların ve enzimlerin rolü nedir?

Başlangıç sorusu; bitkilerin yaprağı neden yeşildir?

Yaprakların renkleri pigment olarak adlandırılan molekülden kaynaklanır. Pigmentler ışığın bazı dalga boylarını sönümleyen diğerlerini yansıtan kimyasallardır. Bu durumu şöyle de düşünebiliriz, gözlerimiz de yansıyan renkleri görmekten sorumlu organlarımızdır. İlkbahar ve yaz boyunca bitki yapraklarında en bol bulunan molekül klorofildir. Klorofiller lolipop şeklinde moleküllerdir, kanda oksijeni taşıyan moleküllere çok benzerler fakat merkezinde demir yerine magnezyum bulunur. Klorofil molekülü ile magnezyumun kombinasyonu yeşil ışığı yansıtır. Klorofil görünür bölgede bulunan diğer ışıkları sönümler ve bu sayede ışıktan aldığı enerji ile karbonhidrat sentezler.

Neden sonbaharda yapraklar sarı ya da kırmızıya dönüşür?

Sonbaharın gelmesiyle soğuk ve karanlık artar, klorofil ile dolu yaprakların bu dönüşüme ayak uydurması için bir miktar enerji gerekmektedir. Havanın soğuması, günlerin kısalması daha az ışık yayılması ve daha az enerji hasatı anlamına gelir. Bu durumda kimyasal reaksiyonlar yavaşlar ve sonucunda bitkiler pigment üretimini durdurur. Soğuk hava ile bitkilerin klorofilleri yıkıldıkça, tüm yıl yapraklarda bulunan, ksantofil olarak adlandırılan molekül sayesinde yapraklar aşamalı olarak sarıya döner. Ksantofil ayçiçeklerinde ve yumurtanın sarısının renklerinin olmasını da sağlayan ve sarı ışığı yansıtan çok sayıda konjuge karbon-karbon çift bağı içeren moleküldür.

Bizler bu sarı yaprakları bir güzellik olarak görürken, bitkiler için bu bir problemdir. Sarı renk, yaprak bitlerini ve bazı parazitleri yapraklara çeker. Bitkiler, sarı yapraklarını bu tehlikeden kurtarmak için aminoasit ve antosiyanin kullanan kimyasal bir savunma mekanizması geliştirir. Bu moleküller havuç, kabak ve akcaağaç yapraklarının renklerinin oluşmasını sağlayan yoğun kırmızı ve turuncu renklere sebep olan moleküllerdir. Bitkiler, amino asitler ve antosiyaninleri sadece böceklerden korunmak için değil aynı zamanda klorofilden yoksun yaprakları güneş ışığından korumak için de sentezlenirler.

Neden bazı bitkiler yapraklarını kaybeder?

Öncelikle kışın yapraklarını kaybeden ağaçların aksine tüm yıl yapraklarını koruyanlar da vardır. Bu ağaçların latince isimleri genelde her zaman canlı anlamına gelen 'sempervives' kelimesini içerir. Yapraklarını dökmeyen bu ağaçların çoğu soğuk dönemlerin kısa olduğu tropik iklimde evrimleşmiştir. Her zaman yeşil olan bu ağaçlar yapraklarını kaybetseler bile yapraklarını hızlı bir şekilde yenileyebilirler.

Tropik iklim ağaçlarının aksine soğuk iklim ağaçlarının çoğu, uzun gövdelilerdir ve yaprakları gövdede tutmak için gerekli olan yüksek enerjiyi karşılayamadığı için yapraklarını döker. Ayrıca büyük yapraklı bu ağaçlar rüzgarlı kış günlerinde bir yelkenlinin rüzgarla savrulmasına benzer bir şekilde savrulurlar. Yapraklar, rüzgar varlığında ağacın daha çok savrulmasına neden olur ve bu ağacın gövdesini tehlikeye düşürür. Soğuk iklim ağaçları yapraklarını dökerek bu tehlikeden kaçınmış olur.

Peki ağaçlar yapraklarını dökmeye nasıl karar verir?

Bu sorunun cevabı hormonlardır. Hormonlar bitkiler ve hayvanlarda kimyasal mesajı taşıyan moleküllerdir. Sonbahar geldiğinde klorofil seviyesi düşer, bu sinyal bir seri hormonun salınmasını tetikler. Bilim insanları yıllardır ağaçların yapraklarını kaybetmesinin temel sebebinin absisik asit (yaprak asidi) olduğunu düşünmüşler. Fakat ismine rağmen absisik asit yaprak dökülmesi için o kadar da önemli bir madde değildir. Bu süreçte etilen ve oksin isminde iki bitki hormonu çok daha önemli bir rol oynar.

Etilen, meyve oluşumunu hızlandıran gaz halinde en basit alkendir. Fakat yaprak büyümesi ile azalır ve yaprağın dökülmesini tetikler. Etilen uzun zincirli biyokimyasal reaksiyonlar aracılığıyla amino asit metionin kullanılarak üretilir. Karanlık bu gazın biyosentezini tetikledikçe (bitkiler sonbahar ve kış döneminde etilen üretimini arttırır) yaprakların dökülmesine sebep olur.

Oksin ise hücre büyümesini düzenleyen indol türevinden bir ailedendir. Sağlıklı, yeşil yaprak bol miktarda oksin üretir ve büyüme devam eder, aynı zamanda oksin, yaprak sapı sayesinde bitkinin geri kalanına iletilir. Fakat sonbahar geldiğinde klorofil seviyesi ve oksin seviyesi azalır. Ağaç yeşil ve sağlıklı yapraklardan uzun süre kimyasal sinyal alamaz ve yaprak dökülmesi başlar.

Zayıflayan yaprağın ağaçtan ayrılması nasıl olur?

Etilen ve oksin yaprak dökümünü tetiklediğinde yapraklar kendi kendini imha etme sürecini başlatır. Ağaç, yapraklara besin göndermeyi durdurur ve yaprak sapının dip bölgesi (yaprağın dökülme noktası olarak bilinen) bozulmaya başlar.

Pek çok hücrenin kendisini parçalaması kolaydır, fakat selülozun (bitki hücre duvarının temen bileşeni) bozulması bir miktar zordur.

Selüloz dünyadaki en bol polimerdir. Binlerce glikoz birimlerinden oluşur. Normalde bir laboratuvarda iseniz derişik asit yardımı ile selülozun yıkımını sağlayabilirsiniz. Doğada nadir bulunan fakat bitkilerin yapısında doğal olarak bulunan glikosidaz enzimi sayesinde, selülozu oluşturan ve glikoz moleküllerini birbirine bağlayan, glikosidik bağlarının yıkımı derişik asit olmadan da gerçekleştirilir.

Kimyasal sürecini takip etmeye çalıştığımız sonbaharın gelmesiyle ortaya çıkan o renkli ve güzel tablo aslında oldukça karmaşık bir süreç. Bitkiler de bizler gibi bu sürece ayak uydurmak için evrimleşmiştir.

Kaynak

https://www.chemistryworld.com/news/explainer-the-chemistry-of-autumn/10...