شیمی در لابلای برگ‌های پاییزی / علمی که دید شما را نسبت به دنیای اطرافتان تغییر می‌دهد

 

رنگ برگ‌ها در پاییز از جمله جذابیت‌های این فصل است. تغییر در رنگدانه برگ‌ها از سبز به نارنجی و حتی بنفش، به علت طیفی از مواد شیمیایی است. چندین ترکیب شیمیایی در برگ‌ها پیدا می‌شود که هرکدام مسئول آرایه‌ای از رنگ‌های فصل پاییز هستند. این ترکیبات به علت داشتن سیستم‌های مزدوج (کانژوگه) می‌توانند رنگ‌های متفاوتی را برای ما ایجاد کنند. در ترکیبات رنگی برگ‌ها، سیستم‌های مزدوج با پیوند‌های متناوب یک‌گانه و دوگانه مشخص می‌شوند.

 

وقتی تعداد جفت‌ها در یک ترکیب زیاد می‌شود، مولکول‌ها می‌توانند طول موج‌های مختلفی از طیف نور مرئی را جذب یا بازتاب کنند. تغییر در نور و دما در فصل پاییز این طول موج‌ها را برای برگ‌ها ایجاد می‌کند. سه رنگدانه اصلی در این موضوع نقش دارند: کلروفیل، کاروتنوئید و آنتوسیانین.

کلروفیل
رنگدانه کلروفیل در کلروپلاست تقریبا هر سلول برگ یافت می‌شود و علت رنگ سبز برگ‌هاست. اما کلروفیل در برگ نقشی بیشتر از یک رنگدانه را بازی می‌کند؛ این ماده یک ترکیب حیاتی در فتوسنتز است و به گیاه اجازه می‌دهد تا انرژی نور را به انرژی شیمیایی تبدیل کند.

کلروفیل با جذب نور قرمز و آب از طیف نوری خورشید باعث می‌شود تا برگ‌ها سبز به نظر برسند. (رنگ آبی و قرمز که مکمل سبز هستند را جذب و سبز را بازتاب می‌دهد). نوری که کلروفیل جذب می‌کند، شکلی از انرژی است که نیروی لازم برای واکنش‌های شیمیایی در فتوسنتز را تامین می‌کند. این واکنش‌ها شامل تبدیل کربن‌دی‌اکسید و آب به اکسیژن و کربوهیدارت یا قند هستند.

برای اینکه گیاهان کلروفیل بسازند نیازمند گرما و نور خورشید هستند. به همین علت در تابستان بر‌گ‌ها به طور مجذوب کننده‌ای سبز هستند و کلروفیل دائما در حال تولید شدن است؛ بنابراین وقتی وارد فصل سرد پاییز می‌شویم تولید کلروفیل در گیاهان کاهش یافته و سرانجام این ماده تجزیه می‌شود. اما این موضوع باعث می‌شود تا ما نمایش خیره‌کننده‌ای از رنگ‌ها را ببینیم، زیرا وقتی کلروفیل شروع به تجزیه شدن می‌کند؛ رنگدانه‌های دیگری را می‌بینیم که در گیاهان مخفی شده‌اند.

کاروتنوئید
یکی از ترکیباتی که تمام سال در گیاهان اطرافمان مخفی شده، کاروتنوئید است. این گروه بزرگ شیمیایی طول موج‌های مختلف و بیشتری از نور خورشید را نسبت به کلروفیل جذب می‌کنند. کاروتنوئید با جذب نور‌های آبی و سبز-آبی از نور خورشید، رنگ نارنجی و زرد را به جای سبز بازتاب می‌دهد.

چون نور‌های مختلفی از طیف را جذب می‌کنند، یکی از عملکرد‌های این ترکیب در تابستان انتقال انرژی نوری تازه به کلروفیل برای ادامه فتوسنتز است. همانند کلروفیل، کارتئونید مولکول بزرگی است که می‌تواند در کلروپلاست برگ‌ها یافت شود. دلیل اینکه ما رنگدانه زرد را در طول تابستان نمی‌بینیم این است که در کلروپلاست برگ‌ها مقدار بیشتری کلروفیل وجود دارد و مقدار کلروفیل برگ‌ها بر کارتنوئید موجود غلبه می‌کند.

با این‌حال، کاروتنوئید‌ها پایدارتر از کلروفیل‌ها هستند و دیرتر تجزیه می‌شوند. بنابراین، هنگامیکه پاییز دوباره شروع شود و سطح کلروفیل پایین بیاید، رنگ‌های نارنجی و زرد کاروتنوئید‌ها ظاهر می‌شوند. این گروه از ترکیبات علاوه بر برگ‌ها به قناری‌ها، گل نرگس، موز، ذرت، زرده تخم‌مرغ و کره نیز رنگ می‌دهند.

یک ترکیب مهم در کاروتنوئیدها، بتا-کاروتن (C۴۰H۳۶) است. بتا- کاروتن یک هیدروکربن است که منجر به رنگ نارنجی برگ‌ها و هویج می‌شود. لوتئین یک ترکیب کارتنوئیدی دیگر است که در دسته Xanthophyll طبقه‌بندی شده و علت رنگ زرد برگ‌هاست.

آنتوسیانین‌ها
آنتوسیانین‌ها به گروه ترکیبات فلاونوئید‌ها در برگ‌ها تعلق دارند. آن‌ها را می‌توان در افرای قرمز، بلوط قرمز و سماق دید که رنگ زیبای خود را به نمایش می‌گذارند. آنتوسیانین‌ها نور آبی، سبز و سبز-آبی خورشید را جذب کرده و نور قرمز مایل به زرد، قرمز و بنفش را بازتاب می‌دهند. این رنگدانه‌های قرمز در گل رز، انگور سیاه و بیشتر میوه‌های قرمز یافت می‌شوند.

برخلاف خویشاوندانشان، آنتوسیانین‌ها طی سال در برگ‌ها مخفی نمی‌شوند، زیرا به غشای سلولی متصل نیستند. در مقابل، آن‌ها طی فرآیند دشوار که به غلظت بالای قند در برگ‌ها و نورخورشید وابسته است در سلول برگی سنتز می‌شوند. چون  برای تولید آنتوسیانین‌ها نور خورشید لازم است، بعنوان مثال اغلب میوه‌های درخت سیب که رو به نور خورشید است رنگ قرمزتری دارند و به همین علت است که سیب‌های ارگانیک گاهی دو رنگ هستند.

 

در بین این سه رنگدانه درک کمتری از آنتوسیانین‌ها وجود دارد و دانش زیادی درباره چگونگی عملکرد آن‌ها در برگ‌ها در دسترس نیست. با این حال، تصور می‌شود که آن‌ها تا زمانیکه نیاز باشد از برگ‌ها در برابر آسیب‌ نوری محافظت می‌کنند.

تغییر نیروی برگ‌ها طی پاییز تنها نمونه‌ای است از اینکه چگونه شیمی بر شناخت و دیدگاه ما از دنیای اطراف تاثیر می‌گذارد. در حالیکه رنگ‌های پاییزی برای درک عظمت جهان کافیست، وقتی نگاهی دقیق‌تر به آن‌ها می‌اندازید، یکی از برجسته‌ترین پدیده‌های طبیعی را مشاهده خواهید کرد.