紅葉と黄葉のしくみ｜葉が赤や黄色に変わる理由と、色づきを左右する条件

秋になると、カエデは赤く、イチョウは黄色く、ケヤキは茶色く色づきます。見慣れた景色ですが、同じ緑の葉がなぜ違う色に変わるのか、なぜ年によって色の鮮やかさが違うのかを説明しようとすると、意外にむずかしいものです。

葉の色づきは、冬を前にした木が葉を手放す準備の一部です。ここでは、葉が緑に見える理由から始めて、秋に葉の中で起きること、黄・赤・茶という三つの色のしくみ、色づきを左右する条件、同じ木でも色が違う理由、そして身近にできる観察と記録の方法までを順に紹介します。紅葉を見に出かけるときの計画は、紅葉狩りの楽しみ方にまとめています。

葉が緑に見える理由

春から夏の葉が緑色なのは、葉の中に葉緑素（クロロフィル）という色素がたくさん含まれているからです。葉緑素は、日光のエネルギーを受け止めて、二酸化炭素と水から糖をつくる光合成の中心になる色素です。光のうち赤や青の光をよく吸収し、緑の光はあまり吸収せずにはね返すため、私たちの目には緑に見えます。

葉の中には緑以外の色素もある

実は、夏の葉にも黄色やだいだい色の色素が含まれています。カロテノイドと呼ばれる色素のなかまで、光合成を助けたり、強すぎる光から葉を守ったりする働きがあります。ただ、夏の間は葉緑素の量がはるかに多いため、黄色は緑に隠れて目立ちません。

葉緑素は、とても壊れやすい色素でもあります。光を受けて働くうちに少しずつ傷み、木は夏の間ずっと、新しい葉緑素をつくっては補い続けています。この「つくって補う」働きが秋に止まることが、色づきの出発点になります。

秋に葉で起きること

日が短くなり、気温が下がってくると、落葉樹は葉を落とす準備を始めます。冬の寒さや乾燥の中では、薄く広い葉を保つのは割に合いません。凍ったり水分を失ったりして傷むうえに、日が短く光合成の効率も落ちるからです。そこで木は、葉を落として冬を越す道を選んでいます。

栄養を回収してから手放す

ただし、木は葉をそのまま捨てるわけではありません。葉には、窒素などの貴重な養分が含まれています。木は葉を落とす前に、葉緑素などを分解して養分を枝や幹へ回収し、翌年の芽吹きに備えます。葉緑素が分解されて減っていくことで、葉の緑が薄れていきます。

離層ができる

同じころ、葉の柄（葉柄）の付け根には、離層と呼ばれる特別な細胞の層ができていきます。離層は、やがて葉が枝から離れる場所になります。離層ができてくると、葉と枝の間で水分や養分の行き来が少しずつ妨げられます。最後は離層のところで葉が切り離され、風などで落ちていきます。

葉が落ちた跡は、枝の上に小さな模様として残ります。これを葉痕といい、冬の枝を観察すると、来年の芽と並んで見つけられます。冬の枝の楽しみ方は、冬芽と葉痕の観察入門で紹介しています。

常緑樹との違い

マツやツバキ、クスノキなどの常緑樹は、冬も葉をつけたままです。常緑樹の葉は厚く、表面がろうのような層で覆われているものが多く、寒さや乾燥に耐えるつくりになっています。そのかわり葉をつくるのに手間がかかるため、一枚の葉を何年か使い続けます。

常緑樹も葉を一生使い続けるわけではなく、古い葉は少しずつ入れ替わります。クスノキのように、春の新芽が出るころに古い葉が赤くなって落ちる木もあります。落葉樹が秋にまとめて葉を手放すのに対して、常緑樹は少しずつ入れ替える、という違いだと考えると整理しやすいでしょう。