儘管大多數人覺得十月樹葉的溫暖色調令人感到平靜，但這些顏色卻讓一些生物學家感到擔憂。 這是因為最近關於秋葉的研究引發了一場關於樹木為何會變成深紅色的辯論。兩項獨立合作的研究表明，紅色色素是一種防曬劑，可以在樹木重新吸收其養分的同時保護葉子。但是，許多相互競爭的理論提出了截然不同的觀點，即這種顏色是一種驅蟲劑、一種動物引誘劑或一種防凍形式。事實證明，秋天絢麗色彩背後的真相可能比任何單一的假設都更為複雜。
在20世紀初，大多數博物學家認為養分迴圈導致了秋天的色彩。 他們說，樹葉中充滿了幾種不同的色素。綠色色素在夏天充滿了葉子，但到了秋天，這種顏色消失了，留下了鮮豔的紅色、黃色和橙色。這個理論持續了半個多世紀，但在20世紀70年代，研究人員發現，一種顏色脫穎而出：紅色。
研究人員瞭解到，在秋季，某些樹種實際上會在葉子中產生紅色色素。色素的產生會消耗寶貴的糖分，而這些糖分可以幫助樹木度過冬季。因此，研究人員無法理解為什麼樹會為一片即將凋落的葉子犧牲一些急需的糖分。“這對於一片即將從樹上掉下來的葉子來說，是一項巨大的新陳代謝投入，”紐西蘭奧克蘭大學的植物生理學家凱文·古爾德說。“這就是它引起如此多好奇的原因。”
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在過去的幾個月中，兩個獨立的團隊可能最終揭示了這一謎團。兩個小組都聲稱，紅色色素可能起著防曬霜的作用。在夏季，葉片的光合組織可以處理從太陽接收的大部分輻射。但在秋季，樹木開始分解這些組織，以便在冬季重新吸收其養分。威斯康星大學麥迪遜分校的植物生理學家威廉·霍赫解釋說，在此過程中，陽光很容易破壞葉片的組織。他認為，紅色色素可以阻止光線破壞其組織，同時允許足夠的光合作用來驅動樹木的精細回收操作。
“這實際上是一種非常巧妙的平衡，”他說。“樹木試圖分解所有這些東西，同時保持[葉子]的運轉，以便它有足夠的能量來完成這項工作。”霍赫的研究發表在9月出版的《樹木生理學》雜誌上，表明原產於陽光充足的北部氣候的樹種含有最多的紅色色素——他說，這證明這種色素可以保護即將凋落的葉子免受陽光照射。
“我認為這是一個非常合理的想法，證據是存在的，”佛羅里達國際大學的植物生理學家、第二組倡導防曬理論的成員大衛·李說。他們在本月出版的《植物生理學》雜誌上發表的實驗中，將山茱萸樹的葉子暴露在模擬的陽光下。研究發現，帶有紅色色素的葉子比綠色的葉子受到了更強的保護。李補充說，紅色色素實際上可能以另一種方式保護葉子，即吸收危險的自由基分子。
自由基需要額外的電子來保持穩定，為了獲得電子，它們會從附近的分子中竊取，而這些分子又會從它們的鄰居那裡竊取電子。結果是會產生一種危險的多米諾骨牌效應，這種效應會破壞重要的細胞成分，如膜或DNA。自由基是在光合作用過程中產生的，當葉片被分解時，葉片特別容易受到自由基的影響。李說，紅色色素就像一個強大的海綿，吸收自由基分子，進一步保護葉片組織免受損害。
但並非所有人都相信秋葉的深紅色都帶有防曬係數。西雅圖華盛頓大學的植物生理學家琳達·查爾克-斯科特反而認為，紅色色素可能會保護植物的水分供應。查爾克-斯科特的研究表明，秋季之前的乾旱通常會觸發紅色色素的早期出現。“在西雅圖，我們有夏季乾旱，”她說，“沒有灌溉的樹木和灌木會提前變紅。”但她補充說，葉子仍然大約在每年相同的時間掉落。
查爾克-斯科特認為，紅色色素實際上可以透過幫助植物保持水分來保護植物免受乾旱的影響。水溶性色素可以減少葉片表面水分的流失，並降低其冰點。這種天然的防凍劑將有助於保護寒冷秋夜的葉子，並可能解釋為什麼一些秋葉會變成鮮豔的紅色。查爾克-斯科特曾希望在今年秋天獲得更多證據來支援她的理論，但今年春天，生態恐怖分子對她的實驗室發動了一場縱火襲擊，阻礙了她的研究。
還有其他理論認為，紅色色素的存在是為了向動物發出訊號，以吸引或驅趕動物。新澤西州羅格斯大學的埃德蒙·斯泰爾斯的研究表明，漆樹等植物的紅色色素旨在吸引動物來食用它們的漿果。當動物吃掉漿果時，它們會在不知不覺中成為種子的攜帶者，並將種子傳播到其他地方。另一方面，已故的進化生物學家威廉·漢密爾頓提出的一個理論認為，鮮豔的秋季色彩可能是為了警告昆蟲樹木產生的危險毒素——有效地告訴蚜蟲等以植物為食的蟲子退後。
最後，這些理論都不能完全解釋秋天的紅色。缺乏紅色色素的樹木似乎也能很好地生存下去。“也許它們有其他機制來保護它們，”查爾克-斯科特說，儘管沒有人確定。另一個問題是秋葉的紅色色素出現在無數其他植物、水果和花朵中。在熱帶森林中，新發芽的葉子呈現出同樣的玫瑰色，而許多原產於紐西蘭的植物則常年帶有這種顏色。“我的直覺是，沒有統一的解釋，[紅色色素]有許多不同的功能，”古爾德說。不過，他認為，新的實驗最終將解決關於色素產生的爭論。
“這就是關於這件事的科學解釋，”亨利·大衛·梭羅在他的文章《秋天的色彩》中寫道。“但我更感興趣的是紅潤的臉頰，而不是知道那位少女吃了什麼特別的飲食。”
本文最初發表於2001年10月15日。