В отличие от животных и бактерий, растения ведут прикреплённый образ жизни. Они не могут отправиться на поиски лучшей доли, поэтому научились решать проблемы на месте — приспосабливаться к постоянным переменам. В том числе, к наступающей зиме.

Покой как стратегия 

Для большинства живых организмов зима и сопровождающий её холод — большой стресс и неудобство. В это время снижается доступность тепла и влаги, необходимых всему живому на Земле. При отрицательных температурах останавливаются физиологические процессы, а вода, обязательная среда для их протекания, замерзает. 

В ходе эволюции живые организмы выработали приспособления, позволяющие пережить некомфортные условия. При этом животные и даже бактерии, как правило, могут уйти в более благоприятные условия. Растения же самостоятельно перемещаться не могут, и их стратегии выживания в условиях стресса направлены не на избегание, а на устойчивость. Механизмы устойчивости основаны на способности регулировать свой метаболизм, подстраиваясь под температурные сдвиги. Итогом этой устойчивости является период покоя. 

Покой — это состояние, при котором рост, развитие и все физиологические процессы приостанавливаются, чтобы полным ходом пойти в более комфортных условиях. Необходимость в этом периоде актуальна там, где происходят заметные и продолжительные погодные изменения, например, смена времен года. 

На большей части Евразии, Северной Америки и на некоторых островах в Южном океане жаркое и, чаще всего, сухое лето сменяет дождливая осень, а на её место приходит морозная, снежная зима. Буйное пожелтение и покраснение древесных крон и листопад у растений этих территорий — и есть переход в период покоя. В это время растение готовится к «спячке» перед наступлением самого «неблагоприятного времени» — зимы.

Хвоинки — это те же листья, но с меньшей площадью

Хвоинки ели расположены по спирали и торчат равномерно во все стороны. Иголки трехгранные, с заострённым концом, длиной 1–2,5 см.

Хвоинки сосны собраны попарно. Иголки плотные, изогнутые, длинные (4–7 см).

Хвоинки пихты легко отличить по двум белым полоскам снизу. Иголки мягкие, плоские, длиной до 3 см.

Антифриз 

С наступлением холода вода становится практически невосполняемым ресурсом, поэтому растению нужно радикально сократить её расход. 

Вода поступает в растения через корни. При этом более 99% её уходит через листья в процессе транспирации — испарения с поверхности. Это помогает регулировать температуру, когда жарко, чтобы организм не перегревался. Но нужна ли транспирация, когда холодно? 

При низких температурах корни функционируют хуже и часто не способны обеспечить растение водой. Кроме того, сама почвенная влага, превращаясь в лёд, становится недоступной. В этом случае, чтобы не потерять имеющуюся воду, растению с крупными листьями выгодно от них избавиться, сбросив. Эта уловка реализуется в процессе листопада. 

По сравнению с лиственными, хвойные растения испаряют влагу намного слабее, поэтому у них листопад не выражен. Конечно, хвоя опадает и постепенно заменяется новой, но в течение всего года, и потому не так заметно. Продолжительность жизни отдельных хвоинок разная: у сосны — 2 года, у ели — 6, а у пихты — до 12 лет. 

Кроме того, что нельзя тратить впустую драгоценные запасы воды, их надо удерживать в жидком состоянии. Очень важно, чтобы вода не замерзала, как в окружающей среде: кристаллики льда разрушают клеточные структуры. 

У растений есть свои, природные «антифризы» — вещества, препятствующие замерзанию растворов в организме. С наступлением холода растение переходит в «режим экономии», перестают интенсивно расходоваться энергетические ресурсы — сахара и растворимые белки. Они накапливаются в клетках, повышая концентрацию клеточного сока и снижая тем самым точку замерзания — вода медленнее переходит в лёд и сохраняется в организме. 

      Другие помощники — белки холодового шока, синтезируемые в цитоплазме,— тормозят образование межклеточного льда. Кстати, добавляя в геном растений гены, отвечающие за синтез этих белков, получают морозостойкие гибриды практически всего на свете: от кабачков до роз.

Листопад 

Представим символ осени (и Канады) — клён. Что будет, если с наступлением холодов его широкие листья не опадут, а останутся мощной шапкой на дереве? Скорее всего, под тяжестью накопленного на кроне снега дерево сломается, а клёны со временем исчезнут с лица Земли как вид. Поэтому от листвы лучше избавиться до первого снега. А вечнозелёные растения средних широт обзавелись специальными приспособлениями: конусовидной кроной, прочными и упругими ветками, листьями в форме игл — снег с них легко сдувается ветром. 

 Ещё одна причина листопада заключается в том, что растения переводят в листья вредные вещества. Хороший пример этого защитного механизма — накопление в листьях тяжёлых металлов. Они попадают в атмосферу с выбросами предприятий и выхлопными газами транспорта, из атмосферы с осадками в почву, из почвы растения поглощают их растворённые формы с водой и накапливают в листьях, которые затем сбрасывают. 

 В естественных условиях формирование опада под древесными растениями обязательно для функционирования экосистемы. Разлагающиеся опавшие листья, хвоинки, веточки возвращают в почву минеральные элементы и формируют плодородный слой почвы. В условиях города (тоже экосистемы, только антропогенной — изменённой человеком) с разложением опада поступают и токсины — не только те, что растение поглотило ранее, но и попавшие на поверхность листа вместе с пылью. Поступая в организм в высоких концентрациях, тяжёлые металлы связываются с белковыми структурами. Это нарушает клеточный метаболизм и физиологические процессы — рост и развитие растения угнетаются. 

     Получается замкнутый круг. Без опавшей листвы почве нельзя, но и с ней не лучше. Вероятно, для решения этого вопроса нужно определиться с нормами выбросов — уровнем нагрузки, которую человек оказывает на окружающий его мир. Это тема активно обсуждается в современной экологии.

Почва играет важную роль в круговороте тяжёлых металлов, таких как свинец (Pb) и ртуть (Hg), а также микроэлементов калия (К), кальция (Ca), магния (Mg)

Палитра осенних листьев

• ива
• сирень
• береза
• дуб 
• клен
• дикий виноград
• ясень
• рябина

Осенние краски 

Разнообразие окрасок листа обусловлено содержанием в нём пигментов, красящих веществ: хлорофиллов, каротиноидов и антоцианов. В хлоропластах клеток листа всегда присутствуют хотя бы две группы — зелёные хлорофиллы и жёлто-оранжевые каротиноиды (каротины и ксантофилы). 

     Хлорофилл — основной растительный пигмент. С его помощью происходит важный процесс — фотосинтез. В ходе фотосинтеза из неорганических углекислого газа и воды при участии света растение производит органические вещества: простые и сложные сахара, углеводы, нуклеиновые кислоты для собственного функционирования, и выделяет кислород — им дышат практически все организмы на земле. В тёплое и светлое время года хлорофилл синтезируется постоянно. Он маскирует остальные пигменты, поэтому весной и летом листья зелёные. С наступлением холода хлорофилл разрушается, а его синтез прекращается — так становятся заметны каротиноиды. Они распадаются медленнее и придают листу знакомый нам пылающий окрас жёлтых и оранжевых тонов.

ПОЧЕМУ ЛИСТЬЯ МЕНЯЮТ ЦВЕТ?

ПЕРИОД РОСТА

Процесс, при котором растения преобразуют воду и углекислый газ в кислород и глюкозу, называется фотосинтезом. В фотосинтезе ключевую роль играет хлорофилл — зелёный пигмент растений. Он преобразует солнечную энергию в энергию химического соединения — глюкозы (сахара). 

1. Корни растений поглощают воду из почвы. 
2. Клетки листа поглощают углекислый газ из воздуха. 
3. Растение синтезирует органические вещества из воды и углекислого газа, используя энергию солнечного света. 
4. Органические вещества (глюкоза) — источник энергии для роста и развития растения. Растение использует глюкозу как пищу — источник энергии для роста и развития.

ПЕРИОД ПОКОЯ

1. В тёплое время года, в сезон роста, хлорофилл непрерывно образуется и разрушается, поэтому листья выглядят зелёными. 
2. С наступлением холодов сосуды, питающие листья, постепенно перекрываются — и в листья перестаёт поступать вода. Процессы синтеза — в том числе хлорофилла — сначала замедляются, а затем полностью прекращаются. 
3. Как хлорофилл, каротиноиды присутствуют в хлоропластах на протяжении всего сезона роста, но становятся видимыми только после разрушения хлорофилла. Листья желтеют.

Иглы и листья, опавшие с деревьев, разлагаются, образуя гумус — плодородный компонент почвы. Образование гумуса — это второй по величине биохимический процесс на Земле после фотосинтеза.

ПОЧЕМУ КРАСНЕЮТ ЛИСТЬЯ

Красную, фиолетовую, малиновую окраску листьям придают антоцианы. У растений высокогорий они присутствуют в клетках листа в течение всей фазы роста как хлорофилл и каротиноиды. В этом случае они выполняют экранирующую функцию, защищая растение от избыточной солнечной радиации. В период низких температур антоцианы, наоборот, могут служить дополнительной ловушкой света, превращая его в тепло.

У растений долин антоцианы редко присутствуют постоянно и начинают синтезироваться, когда образование хлорофилла останавливается. Несмотря на широкий спектр функций антоцианов, причина активного синтеза этих пигментов в осенний период до конца не ясна.

КАК ОПАДАЮТ ЛИСТЬЯ?

А появление красных оттенков зависит от того, может ли растение синтезировать антоцианы. Они дают красную, розовую, синюю, фиолетовую окраску. Антоцианам обязаны своим цветом плоды вишни, черники, клубники; лепестки васильков и мака; молодая кора эвкалипта и ветви ивы и многое-многое другое. Антоцианы — единственные пигменты, которых, как правило, нет в листе постоянно, так как их синтез начинается после распада хлорофилла.

Зелёный — хлорофилл 

Некоторые растения, например, сирень, сбрасывают листья зелёными. Вероятнее всего, потому что их предки произрастали на тёплых территориях, где нет необходимости в периодическом полном сбрасывании листвы. У таких растений не выработались механизмы перехода в состояние покоя, как у обитателей умеренного или более сурового климата.

Оранжевый — каротин

В зависимости от дозы каротина меняется насыщенность цвета — от жёлтого до насыщенного красного. Содержится в листьях всех растений, а также в корне моркови, плодах тыквы, дыни, абрикоса, персиков.

Жёлтый — ксантофилл 

Ксантофил придаёт жёлтую и коричневую окраску осенним листьям. Ему же обязаны своими цветом плоды кукурузы и тыквенных.

Красный — антоциан 

Большая часть антоцианов вырабатывается осенью, в ответ на яркий свет и избыток сахаров в клетках листьев. Придают красные, фиолетовые и малиновые оттенки клюкве, винограду, чернике, вишне, клубнике, сливам.

Одновременно с переменой окраски происходят изменения в месте прикрепления черешка листа к стеблю. Там образуется отделительный пробковый слой. У одних растений под действием ферментов пектиназ, синтезирующихся к этому времени в клетках отделительного слоя, растворяется межклеточное вещество, соединяющее клетки. У других, кроме пектиназ, синтезируется ещё и фермент целлюлаза. Он расщепляет целлюлозу клеточных оболочек, что приводит к растворению клеток. Связь между клетками быстро нарушается, и скоро лист остаётся висеть только благодаря сосудистым пучкам — их легко увидеть, отделив лист от ветки: на листовом рубце будут заметны 3–5 крупных точек. 

 Теперь лист может упасть под действием капли воды, дуновения ветра, громкого крика или топота, впрочем, даже собственной тяжести. Вот и началось. Теперь точно — осень. Растение к ней готово.