Который наглядно покажет детям, почему листья на редевьях меняют цвет: летом они зеленые, а осенью желтеют.

Для проведения этого вам не нужны особенные материалы - все есть как дома, так и в школе. Этот опыт, объясняющий, почему листья на даревьях меняют осенью окраску, отлично подходит для дошкольников и учеников от 1-6 класса.

Многие люди считают самым красивым времением года, ведь когда листья желтеют, природа окрашивается в такие невероятные оттенки, одновременно хранящие память о теплом лете, но навевающие холод от приближения зимы.

А вот у детей по осень часто возникает ряд традиционных вопросов:

• Почему осенью листья на деревьях меняют цвет и желтеют?
• Это проделки фей?
• А что с солнцем?
• А, я знаю, это садовый гном сделал

Этот , который объясняет, почему листья осенью становятся желтыми или красными, наверняка удовлетворит даже самых любопытных детей.

Зачем дереву нужны листья

Для того, чтобы понять, почему листья меняют цвет осенью, нужно разобраться в том, зачем вообще нужны деревья, и листья в чатности.

Растения ответственны за создание кислорода, которым мы дышим. Они его производят, поглощая воду из земли и углекислый газ из воздуха. Используя солнечный свет (через фотосинтез), они превращают воду и углекислый газ в кислород и глюкозу. Кислород - это то, что позволяет нам дышать, а глюкоза - то, что растение использует для роста. Термин фотосинтез означает «соединять со светом». Химическое вещество в растении, используемое для фотосинтеза, называется хлорофилл. Тот самый хлорофилл, который придает растениям зеленый цвет.

Что понадобится для эксперимента :

• Стеклянные баночки
• Кофейные фильтры
• Листья
• Спирт
• Блокнот и ручка для ведения наблюдений

Почему листья осенью меняют цвет? Эксперимент для детей

Для того, чтобы найти ответ на вопрос, почему осенью листья на деревьях меняют цвет и желтеют, детям нужно будет собрать немного листьев.

После чего вы вместе должны рассортировать их по цветам в подготовленные контейнеры.

После этого листья заливаются спиртом и перемалываются. После измельчения и перемешивания спирт поможет цвету еще лучше проявиться.

Подсказка: время полного поглощения цвета будет зависеть от того, сколько листьев и спирта было использовано.

Спустя 12 часов жидкость может еще не до конца впитаться, но эффект уже очевиден. По мере того, как жидкость впитывается в фильтр, цвета из листочков расходятся.

Объяснение эксперимента, почему листья меняют цвет

Зимой дни становятся короче, что уменьшает количество солнечного света для листьев. Из-за недостатка солнца, растения переходят в стадию покоя и питаются глюкозой, которую накопили за лето. Как только включается «зимний режим», зеленый цвет хлорофилла листья покидает. А по мере того как яркий зеленый оттенок исчезает, мы начинаем видеть желтые и оранжевые цвета. Небольшое количество этих пигментов было в листьях все время. Например, кленовые листы ярко красные, так как в них есть избыток глюкозы.

Если вам понравился с листьями, которые меняют цвет осенью, совсем не обязательно ждать начала уроков, чтобы провести его вместе с детьми.

Когда листья на деревьях начинают менять цвет, люди тут же предвкушают приближение осени. Задумывались ли вы над тем, почему листья меняют свой цвет от зеленого до желтого, оранжевого и даже красного? Всему есть научное объяснение.

Что делает листья зелеными?

Хлорофилл - пигмент, который окрашивает листья в зеленый цвет. В течение весны и лета на листья попадает достаточно дневного солнечного света, который питает их и позволяет регулярно вырабатывать хлорофилл. Растения преобразуют солнечный цвет в энергию, которая помогает им расти. Это процесс фотосинтеза, который и объясняет тот факт, почему в теплые времена года листья кажутся очень пышными и зелеными.

Что происходит осенью?

Дневные часы становятся короче, и растения получают меньше солнечного света. Выработка хлорофилла замедляется, что и приводит к уменьшению зеленого пигмента в листьях. За изменение цвета также отвечают другие компоненты, содержащиеся в листьях, - каротиноиды и антоцианы.

Что определяет цвет осенних листьев?

Каротиноиды, которые также содержатся в бананах и моркови, несут ответственность за желтые, оранжевые и коричневые цвета. Конечно, морковных деревьев не существует, но сам компонент может содержаться в тех или иных деревьях, преобладая над антоцианами. Если же какой-то из видов деревьев содержит в себе больше антоцианов, то листья становятся красными. Температура и условия почвы тоже играют роль в процессе изменения цвета листьев.

В конце концов, листья становятся обезвоженными из-за недостатка солнечного света и фотосинтеза, поэтому начинают опадать, украшая улицы и предвещая зиму!

По материалам:

Ученики 3 класса (Кольник А. Фурсова Е)

По пролескам осень бродит.

Ей немножко грустно, вроде.

То заплачет утром ранним,

Небо тучами затянет,

То на солнце заискрится

Краше сказочной жар-птицы,

То осенний бал устроит,

Землю листьями укроет

Скачать:

Предварительный просмотр:

МБОУ «Быковская основная общеобразовательная школа Яковлевского района Белгородской области»

Исследовательская работа на тему

«Почему осенью листья окрашены в разные цвета?»

Кольник Арина,

Перемышлев Михаил

ученики 3-го класса

Руководитель:

Перемышлева Т.И.

учитель начальных

Классов

Быковка 2012 -2013 учебный год

По пролескам осень бродит.

Ей немножко грустно, вроде.

То заплачет утром ранним,

Небо тучами затянет,

То на солнце заискрится,

Краше сказочной жар-птицы,

То осенний бал устроит,

Землю листьями укроет…

Осень – очень важная пора для наблюдений. Всё живое готовится к переменам. Осень имеет следующие периоды: начало осени, золотая осень, глубокая или поздняя осень и предзимье. У каждого периода свои основные признаки. Но нас больше интересует второй период - золотая осень.

Объектом нашего исследования является школьный парк

Предмет исследования : осенние листья разных деревьев.

Цель исследования : узнать, почему листья осенью изменяют окраску

И опадают?

Задачи исследования:

• сколько времени живёт листок;
• отчего осенью листья окрашены в разные цвета;
• какие выгоды дает растению сбрасывание листьев на зиму;
• что содержится в опавших листьях;
• причины листопада;
• особенности листопада у некоторых деревьев и кустарников

Методы исследования :

Исследовательский;

Практический;

Сбор и анализ разных источников информации;

Анкетирование одноклассников и учащихся начальной школы;

Изучение литературы по теме исследования;

Поиск информации в Интернете .

Гипотеза:

- возможно, в листьях содержатся красящие вещества;

На окраску влияют погодные условия;

Листопад это биологическое явление, обусловленное жизнедеятельностью растения, или вызвано другими причинами.

Практическая значимость:

Использование материала на уроках окружающего мира;

Создание слайдовой презентации для широкого использования;

Оформление творческих работ из листьев.

Этапы работы:

1. Подготовка к исследованию.
2. Проведение исследования.

1). Анкетирование одноклассников и учащихся начальной школы

2). Экскурсия в школьный парк.

3). Экскурсия в детскую библиотеку.

4). Проведение наблюдений.

3. Оформление исследовательской работы.

4. Подготовка и защита работы.

2 . Основная часть .

2.1 Как долго живут листья?

Просматривая литературу, детскую энциклопедию, материалы интернета мы поняли, что листок – важная часть растения. Это «многоэтажная фабрика». Главное предназначение листьев – улавливать и преобразовывать энергию солнечного света. Благодаря непрестанной работе лист питается, выделяет водяные пары, дышит. Один квадратный метр листовой пластинки каждый час выделяет до четырех литров кислорода и забирает из воздуха столько же углекислого газа.

Сколько времени живет лист? Листья наших деревьев живут от весны до осени. Если листок зеленый, значит, он живой. Как только они пожелтели, покраснели, значит, они постарели и умерли.

Вывод:

Растения – наши друзья! Миллионы лет назад именно листья ископаемых растений сделали атмосферу нашей планеты пригодной для обитания.

2.2 Отчего осенью листья окрашены в разные цвета и опадают?

Среди учащихся начальных классов мы провели анкетирование, чтобы выяснить, знают ли они, зачем дереву листья, почему листья осенью меняют свой цвет и опадают. После анализирования мы сделали вывод:

• Зачем деревьям листья?

Правильно ответили __10_____учащихся, неправильно__4____человек, совсем не думали об этом ___-______

• Почему листья меняют свой цвет?

Правильно ответили __10_____учащихся, неправильно___3___человек, совсем не думали об этом ___1______

• Почему листья опадают?

Правильно ответили ___7____учащихся, неправильно___7___человек, совсем не думали об этом ____-_____.

• Какие деревья первые сбрасывают листву и почему?

Правильно ответили __5_____учащихся, неправильно__2____человек, совсем не думали об этом ___7______

• Почему деревьям вредно зимой иметь листовой убор?

Правильно ответили ___4____учащихся, неправильно__7____человек, совсем не думали об этом ___3______

• Какое дерево долго не сбрасывает свои листья и в течение всей зимы стоит в своем осеннем уборе?

Правильно ответили ___2____учащихся, неправильно___10___человек, совсем не думали об этом __2_______

Анализируя результаты анкетирования, мы выяснили, что большинство учащихся не знают причины изменения цвета осенних листьев и причины их опадания.

2.3 Кто раскрасил деревья? Что содержится в опавших листьях?

На смену изумрудной зелени приходят золотисто-оранжевые, оранжевые, огненно-красные тона. Почему происходит замена цветовой палитры деревьев? Кто виноват?

Изучая эту проблему по энциклопедической и справочной литературе, а так же мы обратились к материалам интернета и поняли, что растения кажутся нам зелеными от большого количества мельчайших хлорофилловых зерен, расположенных в клетках листьев и стеблей. Хлорофилловые зёрна не вечны, они разрушаются под влиянием света и вновь возрождаются только на свету. Однако хлорофилл - не единственное красящее начало в тканях растений. В листьях есть желтые пигменты- каратиноиды, и красно-фиолетовые – антоцианы.

Эти пигменты начинают быстро проявляться на наружной части листа и стебля лишь при понижении температуры воздуха, а хлорофилловые зерна, наоборот разрушаются и исчезают. И леса одеваются, как сказал Пушкин, в «багрец и золото»

Вывод:

При понижении температуры воздуха в ясные солнечные дни происходит разрушение хлорофилловых зерен. В результате лист теряет свою зеленую окраску, и желтые пигменты, незаметные до этого времени, внезапно проявляются и окрашивают лист.

2.4 . Причины листопада. Какие выгоды дает растению сбрасывание листьев на зиму?

Лист – это не только орган, в котором создаются питательные вещества, минеральные соли, но еще через листья испаряется вода. Сбрасывая разноцветный наряд, лиственные деревья, которым нужно очень много влаги, спасаются от зимней засухи. Большая береза, к примеру, за теплые месяцы испаряет 7 тонн воды, а зимой столько из почвы не вытянешь. Вторая причина. В мякоти листа под микроскопом можно обнаружить мёртвые клетки, забитые кристалликами солей. И если в мае листья бука содержат 5% минеральных солей, то к октябрю их становится 11%. Листья перегружаются ненужными веществами и дерево сбрасывает листья, тем самым освобождается от излишка минеральных веществ. Листья готовятся к отпаданию заранее: между их черешком и веточкой образуется слой особых клеток с толстыми стенками – так называемая пробка. Пробка не пропускает воду и соки. Листья не могут питаться, слабеют. Теперь достаточно лёгкого ветерка, нескольких капель росы и даже собственного веса, чтобы лист отделился от родимой ветки, на которой так крепко он держался. Мы наблюдаем листопад.

Вывод:

Листопад – это подготовка к зиме, не только холодному, но самое главное, сухому времени года. Если бы наши лиственные деревья остались на зиму в своем зеленом уборе, они неизбежно погибли бы в результате недостатка влаги, так как испарение воды их листьями не прекращалось бы, а поступление воды в растение почти полностью могло остановиться.

2.5 Особенности листопада у некоторых деревьев и кустарников. Почему хвойные растения способны перезимовывать в зеленом уборе?

Значение листопада в жизни наших лиственных деревьев особенно хорошо заметно при сопоставлении их с хвойными. Хвойные - ель и особенно сосна - засухоустойчивые растения. Их хвоя испаряет во много раз меньше воды, чем листва наших лиственных пород. Благодаря этому они и способны перезимовывать в зеленом виде. Такая способность экономить влагу достигается наших хвойных особым строением их игл. Хвоинки имеют целый ряд засухоустойчивых приспособлений: толстую кожицу, окружающую хвоинку со всех сторон, и сизоватый восковой налет, также понижающий испарение; большое значение имеет также расположение устьиц в особых углублениях. Напротив, листья наших листопадных деревьев лишены каких-либо специальных засухоустойчивых приспособлений. Они имеют широкую поверхность и тонкую кожицу. Говоря здесь о значении листопада в жизни наших деревьев, нельзя не обратить внимание на то, что, сбрасывая листву, они тем самым предохраняют себя от механических повреждений под тяжестью снега. Часто зимой можно наблюдать, как даже в безлистном состоянии ломаются крупные ветви деревьев под напором снега; широкая листовая поверхность, на которой оседало бы много снега, сделала бы это явление катастрофическим.

Наблюдая за лиственными деревьями и кустарниками нашего школьного парка, мы составили таблицу. Какие деревья , и в каком порядке сбрасывают с себя наряд? Сколько длится листопад?

Цвет листьям деревьев придает особое вещество — красящее вещество или пигмент. При этом стоит помнить, что в световом пучке или солнечном свете есть все цвета радуги. При этом любые краски, без разницы природные искусственные поглощают или отражают определенные цвета. Если, например красящее вещество поглощает все цвета и при этом отражает красный, то наш глаз видит именно отраженный красный цвет, и нам кажется, что мы покрасили, например лист бумаги в красный цвет, а на самом деле мы покрыли его веществом, краской, поглотившей все цвета кроме красного.

Попробуйте прочитать абзац вверху несколько раз, пока не поймете основной принцип окрашивания всего живого и неживого в мире. В примере с живым, цвет коже людей негроидной расы придает тоже вещество, поглощающее все цвета, кроме черного цвета.

Почему листья растений зеленые.

Вот так и с осенними листьями, мы видим их зелеными пока в них много хлорофилла, он поглощает все цвета кроме зеленого или что тоже самое отражает зеленый цвет.

Свет перерабатываются пигментом — хлорофиллом в энергию, которую может использовать растение. Когда лиственные деревья готовятся к зиме, молекулы, из которых состоят их листья (молекулы хлорофилла в том числе), разрушаются и перерабатываются. Атомы (мельчайшие строительные частички любого вещества) молекул хлорофилла используются для построения новых видов молекул. А эти новые молекулы запасаются в других частях дерева.

За время своего летнего бодрствования листья на деревьях в своей листовой пластине накапливают много различных веществ. Однако осенью солнечного цвета становится недостаточно для компенсации потребностей дерева для его нормального роста и развития, хлорофилл в листьях заканчивается, теперь в них виден каротин (желтый или оранжевый пигмент). Он там был с самого начала, но был замаскирован более сильным отражающим зеленый цвет веществом – хлорофиллом. Молекулы каротина более прочные (не так легко разрушаются), чем молекулы хлорофилла, и поэтому сохраняются в листьях даже после того, как хлорофилл в них разрушился.

А вот красными и багровыми листья становятся из-за образующегося в них пигмента антоциана (он придаёт осенним листьям красные и пурпурные оттенки). Количество антоциана и каротина неодинаково в листьях . Осенний цвет листьев даже у одного и того же растения, но растущего в разных условиях будет разным.

Правда, что осенние листья - большие сластены!

Действительно при низких температурах увеличивается количество сахара в листьях . Высокое содержание сахара и обилие солнечной энергии благоприятствует накоплению в них антоциана. Вот почему после ясных, солнечных дней, сменяющихся прохладными осенними ночами, в листьях образуется пигмент антоциан , который и окрашивает их в ярко-красные и бордовые оттенки.

«Лес, точно терем расписной, лиловый, золотой, багряный»

Изменение окраски листьев – одна из первых примет осени. Много ярких красок в осеннем лесу! Березы, ясени и липы желтеют, розовеют листья бересклета, пунцово-красными становятся узорные листья рябины, оранжевыми и багряными листья осин. Чем же обусловлено это цветовое многообразие?

В листьях растений наряду с зеленым хлорофиллом содержатся другие пигменты. Для того чтобы убедиться в этом, проделаем простой опыт. Прежде всего приготовим вытяжку хлорофилла, как это было описано нами выше. Вместе с хлорофиллом в спирте находятся также желтые пигменты. Чтобы разделить их, небольшое количество спиртовой вытяжки (около двух миллилитров) нальем в пробирку, добавим две капли воды и около 4 миллилитров бензина. Вода вводится для того, чтобы легче происходило расслоение двух жидкостей. Закрыв пробирку пробкой или пальцем, следует энергично встряхнуть ее. Вскоре можно заметить, что нижний (спиртовой) слой окрасился в золотисто-желтый цвет, а верхний (бензиновый) – в изумрудно-зеленый. Зеленая окраска бензина объясняется тем, что хлорофилл лучше растворяется в бензине, нежели в спирте, поэтому при встряхивании он обычно полностью переходит в бензиновый слой.

Золотисто-желтая окраска спиртового слоя связана с присутствием ксантофилла, вещества, нерастворимого в бензине. Его формула С40Н56О2. По химической природе ксантофилл близок к каротину, присутствующему в корнях моркови, – С40Н56, поэтому их объединяют в одну группу – каротиноидов. Но каротин также имеется в листьях зеленых растений, только он, как и хлорофилл, лучше растворяется в бензине, поэтому мы не видим его: интенсивно-зеленая окраска хлорофилла «забивает» желтый цвет каротина, и мы не различаем его, как ранее ксантофилл в спиртовой вытяжке. Чтобы увидеть каротин, нужно преобразовать зеленый пигмент в соединение, нерастворимое в бензине. Этого можно достигнуть с помощью щелочи. В пробирку, где произошло отделение ксантофилла, добавим кусочек щелочи (КОН или NаОН). Пробирку закроем пробкой и тщательно взболтаем ее содержимое. После расслоения жидкостей можно увидеть, что картина распределения пигментов изменилась: нижний спиртовой слои окрасился в зеленый цвет, а верхний – бензиновый – в желто-оранжевый, характерный для каротина.

Эти опыты наглядно свидетельствуют о том, что в зеленом листе одновременно с хлорофиллом присутствуют желтые пигменты – каротиноиды. При наступлении холодов образования новых молекул хлорофилла не происходит, а старые быстро разрушаются. Каротиноиды же устойчивы к низким температурам, поэтому осенью эти пигменты становятся хорошо заметными. Они и придают листьям многих растений золотисто-желтый и оранжевый оттенок. Каково же значение каротиноидов в жизни растений? Установлено, что эти пигменты защищают хлорофилл от разрушения светом. Кроме того, поглощая энергию синих лучей солнечного спектра, они передают ее на хлорофилл. Это позволяет зеленым растениям более эффективно использовать солнечную энергию для синтеза органического вещества.

Осенний лес окрашен, однако, не только в желтые тона. С чем связана лиловая и багряная окраска листьев? Наряду с хлорофиллом и каротиноидами в листьях растений имеются пигменты, которые носят название антоцианов. Они хорошо растворимы в воде и содержатся не в цитоплазме, а в клеточном соке вакуолей. Эти пигменты очень разнообразны по окраске, которая зависит в основном от кислотности клеточного сока. В этом легко убедиться на опыте.

Прежде всего приготовьте вытяжку антоцианов. С этой целью листья бересклета или какого-то другого растения, окрашенные осенью в красные или фиолетовые тона, измельчите ножницами, поместите в колбочку, прилейте воды и нагрейте на спиртовке Вскоре раствор станет красновато-синим от присутствия антоцианов. Полученную вытяжку пигментов налейте в две пробирки. В одну добавьте слабой соляной или уксусной кислоты, а в другую – раствор аммиака. Под действием кислоты раствор станет розовым, тогда как в присутствии щелочи – в зависимости от количества и концентрации этой щелочи – зеленым, синим и желтым. Антоцианы, как и каротиноиды, более устойчивы к низким температурам, чем хлорофилл. Поэтому они и обнаруживаются в листьях осенью. Исследователи установили, что образованию антоцианов способствуют высокое содержание Сахаров в растительных тканях, сравнительно низкая температура и интенсивное освещение.

Увеличение содержания сахаров в осенних листьях происходит за счет гидролиза крахмала. Это имеет важное значение для транспортировки ценных питательных веществ из отмирающих листьев во внутренние части растений. Ведь сам крахмал нетранспортабелен в растении. Однако скорость оттока образующихся в результате его гидролиза Сахаров из листьев при низких температурах невелика. Кроме того, при падении температуры ослабляется дыхание растений и, следовательно, лишь незначительное количество Сахаров подвергается окислению. Все эти факторы благоприятствуют накоплению в растительных тканях Сахаров, которые начинают использоваться в синтезе других веществ, в частности антоцианов.

О превращении избытка сахаров в антоцианы свидетельствуют и другие факты. Если у виноградной лозы путем кольцевания (удаление части коры в виде кольца) затруднить отток продуктов фотосинтеза, то листья, расположенные выше кольца, через две-три недели приобретают красный цвет из-за накопления антоцианов. При этом их образуется так много, что зеленая окраска хлорофилла становится незаметной.

То же самое наблюдается не только при понижении температуры или кольцевании, но и при недостатке фосфора. Если, например, томаты выращивать на питательном растворе, лишенном этого элемента, то нижняя часть листьев, а также стебли приобретают синий цвет. Дело в том, что при отсутствии фосфора в растениях не может осуществляться процесс окисления Сахаров без соединения с остатком фосфорной кислоты молекула сахара остается неактивной. Поэтому в растительных тканях происходит накопление избыточных количеств Сахаров, которые используются на синтез антоцианов. Увеличение содержания этих веществ ведет к посинению стеблей и листьев растений, испытывающих нехватку фосфора.

Образование антоцианов зависит также от интенсивности света. Если осенью внимательно приглядеться к яркой окраске деревьев и кустарников, то можно заметить, что багряный цвет имеют в основном те листья, которые лучше всего освещены. Раздвиньте пылающий огненными красками куст бересклета, и вы увидите внутри желтые, бледно-желтые и даже зеленые листья. Во время дождливой и облачной осени листва дольше сохраняется на деревьях, однако она не так ярка из-за недостатка солнца. Преобладают желтые тона, обусловленные присутствием каротиноидов, а не антоцианов. Низкая температура также способствует образованию антоцианов. Если стоит теплая погода, то лес изменяет свою окраску медленно, но едва ударит морозец, как сразу запылают осины и клены. М.М. Пришвин в миниатюре «Светильники осени» писал: «В темных лесах загорелись светильники осени, иной лист на темном фоне так ярко горит, что даже больно смотреть. Липа стоит уже вся черная, но один яркий лист ее остался, висит, как фонарь, на невидимой нити и светит».

Радуга флоры

Уж коли мы заговорили о пигментах растений, следует рассказать и о причинах разнообразия окраски цветков. Зачем цветкам их яркая, сочная окраска? В конечном счете для того, чтобы привлечь к себе насекомых-опылителей. Многие растения опыляются лишь определенными видами насекомых, поэтому окраска цветков часто зависит от того, для каких именно насекомых предназначены цветовые сигналы. Дело в том, что в отношении цвета насекомые бывают довольно капризны. Скажем, пчелы, шмели, осы предпочитают розовые, фиолетовые и синие цветки, а около желтых обычно толкутся мухи. Красный же цвет многие насекомые, наделенные не слишком совершенным зрением, путают с темно-серым. Поэтому в наших широтах чисто-красные цветки довольно редки. Исключение – мак, но и его лепестки имеют примесь желтого цвета; обычно именно этот оттенок и замечают пчелы. Лучше других насекомых красный цвет различают бабочки – они-то, как правило, и опыляют красные цветки наших широт, например гвоздики. А вот среди тропических растений красный цвет более распространен, и отчасти это связано с тем, что опыляют их цветки не насекомые, а птицы: колибри или нектарницы, у которых зрение более развито.

Бывает, что у одного и того же растения окраска цветков с возрастом изменяется. Это хорошо заметно у ранневесеннего растения медуницы: розовый цвет ее молодых цветков сменяется по мере старения синим. Старые цветки медуницы пчелы уже не посещают: они, как правило, опылены и нектара не содержат. И в этом случае смена окраски служит сигналом для насекомых – не теряйте времени даром! А вот у гилии (США) – красивого растения из семейства синюховых, родственницы флоксов, произрастающей в горах штата Аризона (США), цветки первоначально имеют алый цвет, который, как уже отметили, привлекает птиц. Но когда колибри покидают горы, гилия меняет окраску вновь появляющихся цветков: они становятся бледно-красными или даже белыми.

Окраска большинства цветков определяется присутствием различных пигментов. Самые распространенные – каротиноиды, растворимые в жирах соединения: каротин, его изомеры и производные. В растворе все они имеют бледно-желтую, оранжевую или светло-красную окраску. Названия каротиноидов, содержащихся только в цветках, столь же красивы, как и придаваемая ими окраска: эшшольксантин, петалоксантин, газанияксантин, ауроксантин, хризантемаксантин, рубихром.

Наряду с каротиноидами окраску цветков определяют и антоцианы. Оттенки этих пигментов очень разнообразны – от розового до черно-фиолетового. Несмотря на такое цветовое многообразие, все антоцианы устроены по одному типу – они представляют собой гликозиды, то есть соединения сахара с неуглеводной частью, так называемым агликоном. Примером может служить красящее вещество, содержащееся в цветках василька, – антоцианин. Его агликон – цианидин – один из самых распространенных, образуется в результате отщепления двух молекул глюкозы от антоциана.

Как уже говорилось, антоциановые пигменты могут изменять свою окраску в зависимости от кислотности среды. Вспомните два вида герани, распространенной в средней полосе: герань лесную и герань луговую. У лесной лепестки розовые или лиловые, а у луговой – синие. Различие в цвете обусловлено тем, что сок герани лесной более кислый. Если приготовить водную вытяжку из лепестков герани либо лесной, либо луговой – и изменить ее кислотность, то в кислой среде раствор станет розовым, а в щелочной – синим. Такую же операцию можно проделать и над целым растением. Если цветущую фиалку поместить под стеклянный колпак рядом с блюдцем, куда налит нашатырный спирт (он при испарении выделяет аммиак), то ее лепестки станут зелеными; а если вместо нашатырного спирта в блюдце будет дымящаяся соляная кислота, они окрасятся в красный цвет.

Мы уже говорили, что одно и то же растение медуницы может иметь цветки разной окраски: розовые – молодые и синие – старые. Посинение лепестков по мере их старения можно объяснить индикаторными свойствами антоцианов. Клеточный сок растения, в котором растворен пигмент, имеет кислую реакцию, а цитоплазма – щелочную. Вакуоли с клеточным соком отделены от цитоплазмы мембраной, которая обычно непроницаема для антоцианов. Однако с возрастом в мембране возникают дефекты, и в результате пигмент начинает проникать из вакуолей в цитоплазму. А поскольку реакция здесь иная, меняется и окраска цветков.

Чтобы убедиться в справедливости этой точки зрения, возьмите ярко-красный лепесток какого-то растения, например герани, розы, и раздавите его между пальцами. При этом также произойдет смешение содержимого цитоплазмы и вакуоли, в результате лепесток в месте повреждения посинеет. Впрочем, было бы неправильно связывать окраску антоцианов лишь с их индикаторными свойствами. Исследования последних лет показали, что она определяется и некоторыми другими факторами. Цвет антоциановых пигментов может меняться, например, в зависимости от того, с какими ионами они находятся в комплексе. При взаимодействии с ионами калия комплекс приобретает пурпурную окраску, а с ионами кальция или магния – синюю. Если срезать цветущий колокольчик и поместить его в раствор, содержащий ионы алюминия, то лепестки посинеют. То же самое наблюдается, если соединить растворы антоцианина и соли алюминия.

Многим читателям, возможно, знаком роман Александра Дюма «Черный тюльпан», в котором в остросюжетной форме рассказывается о выведении сорта тюльпана необычного черного цвета. Вот как описывает его автор романа: «Тюльпан был прекрасен, чудесен, великолепен; стебель его восемнадцати дюймов вышины. Он стройно вытягивался кверху между четырьмя зелеными гладкими, ровными, как стрела, листьями. Цветок его был сплошь черным и блестел, как янтарь». Почти пять веков преследовали неудачи садоводов, пытавшихся вывести черный тюльпан. И вот, Фризский институт цветоводства в Гааге сделал официальное заявление о том, что в Голландии черный тюльпан получен в результате последовательного скрещивания двух сортов – «Царица ночи» и «Венский вальс». В работе принимали участие шесть голландских исследовательских центров. Полученный цветок идеален по своим классическим размерам.

Садоводы стремятся создать также черные розы. Выведены такие сорта, которые при неярком освещении действительно кажутся черными (на самом деле они темно-красного цвета). На Гавайских островах растут дикие черные розы. В честь бессмертного произведения Гете «Фауст» садоводы создали сорт анютиных глазок черного цвета под названием «Доктор Фауст». Анютины глазки, как известно, были любимыми цветами – великого немецкого поэта и ботаника.

Черная или почти черная окраска цветков обусловлена присутствием в околоцветнике антоцианов. Кроме каротиноидов и антоцианов, лепесткам могут придавать окраску и другие вещества, в том числе флавоны и флавонолы. А какой пигмент окрашивает в молочный цвет вишневые сады, превращает в снежно-белые сугробы кусты черемухи? Оказывается, никаких белых пигментов в их лепестках нет. Белый цвет придает им. воздух. Если рассмотреть под микроскопом лепесток черемухи или любого другого белого цветка, то можно увидеть множество прозрачных и бесцветных клеток, разделенных обширными пустыми промежутками. Именно благодаря этим заполненным воздухом межклетникам лепестки сильно отражают свет и потому кажутся белыми. А если раздавить такой лепесток между пальцами, то на месте сдавливания появится прозрачное пятно: здесь воздух будет вытеснен из межклетников.

И все же в природе есть белая краска, например, ею окрашена в нарядный белый цвет кора нашей любимой березы. Это красящее вещество так и называется – бетулин, от латинского названия березы – Betula. Заблуждаются те, кто считает, что береза – единственное растение с белой корой. Это не так. В Австралии произрастает эвкалипт затопляемый. Он назван так потому, что растет в руслах пересыхающих рек и в сезон дождей оказывается стоящим в воде. Стволы этих эвкалиптов имеют чисто-белый цвет, эффектно выделяющийся на фоне окружающих зеленых зарослей.

У треххвойной сосны Бунге также белая кора. Это редкий вид, встречающийся в природе в основном в горах Центрального Китая. Растение разводится по всей стране возле дворцов и храмов. Белоствольные сосны производят неизгладимое впечатление. Еще много интересного можно было бы рассказать об окраске растений и о растительных пигментах, которые давно привлекают внимание исследователей всего мира. Более 30 лет назад известный индийский ученый Т.Р. Сешадри, много занимавшийся изучением природных красящих веществ, писал: «Музыка красок более сложна и изменчива по своей природе, нежели музыка звуков. Возможно даже, что в действительности она еще более утонченна, чем мы предполагаем».

Зеленые животные – реальность или фантазия!

В произведениях фантастического жанра нередко можно прочитать о человекоподобных существах зеленого цвета. Зеленая окраска этих организмов, обусловленная хлорофиллом, позволяет им самостоятельно синтезировать органические вещества из неорганических за счет энергии света. Возможно ли такое в природе? Прежде всего следует заметить, что на Земле имеются животные, питающиеся подобным образом. Например, хорошо известная всем биологам эвглена зеленая, часто встречающаяся в застоявшихся лужах. Ботаники считают эвглену водорослью, а зоологи до сих пор по традиции относят ее к животным. В чем дело?

Эвглена свободно передвигается в воде при помощи жгутика. Такой способ передвижения характерен как для ряда простейших животных, так и для некоторых ботанических объектов, например зооспор отдельных видов водорослей. Эвглена содержит хлорофилл, поэтому при интенсивном ее размножении вода в лужах приобретает изумрудно-зеленую окраску. Наличие хлорофилла позволяет ей питаться углекислым газом подобно всем зеленым растениям. Однако, если водоросль перенести в воду, содержащую некоторые органические вещества, то она теряет зеленую окраску и начинает, подобно животным, питаться готовыми органическими веществами. Эвглену все-таки нельзя назвать типичным животным, поэтому поищем других представителей. питающихся, подобно растениям, при помощи хлорофилла.

Еще в середине XIX века немецкий зоолог Т. Зибольд обнаружил в телах пресноводной гидры и некоторых червей хлорофилл. Позднее он был найден в организмах и других животных: гидроидных полипов, медуз, кораллов, губок. коловраток, моллюсков. Выяснено, что некоторые морские брюхоногие моллюски, питающиеся сифоновыми водорослями, не переваривают хлоропласты этих растений, а длительное время содержат их в организме в функционально-активном состоянии. Хлоропласты сифоновых водорослей кодиума хрупкого и кодиума паутинистого, попадая в организм моллюсков, не перевариваются, а остаются в нем.

Попытки освободить моллюсков от хлоропластов, поместив их в темноту на полтора месяца, оказались безуспешными, равно как и выведение их из яиц. Бесхлоропластные личинки моллюсков погибали на ранней стадии развития. Внутри животной клетки хлоропласты плотно упакованы и занимают значительный объем. Благодаря им моллюски, не имеющие раковины, оказываются окрашенными в интенсивно зеленый цвет.

Почему же сифоновые водоросли «полюбились» моллюскам? Дело в том. что в отличие от других зеленых водорослей они не имеют клеточного строения. Их крупное, часто причудливое по форме тела представляет собой одну гигантскую «клетку». Слово «клетка» я взял в кавычки не случайно. Хотя клеточные стенки в теле сифоновых водорослей отсутствуют, вряд ли можно назвать их одноклеточными организмами, скорее это конгломерат не вполне разделившихся клеток. Подтверждением тому служит наличие не одного, а множества клеточных ядер. Такое строение назвали сифонным, а сами водоросли – сифоновыми. Отсутствие клеточных стенок, безусловно, облегчает процесс поглощения водоросли животными клетками.

Ну а каковы хлоропласты этого растения? В теле водоросли содержатся один или несколько хлоропластов. Если их много, они имеют дисковидную или веретеновидную форму. Одиночные обладают сетчатым строением. Ученые считают, что сетчатая структура создается в результате соединения мелких хлоропластов друг с другом.

Многие ученые наблюдали усвоение углекислого газа хлоропластами, находящимися в животных клетках. У свежесобранных моллюсков, элизии зеленой интенсивность фотосинтетического усвоения углекислого газа составляла 55–67% величины, определенной для неповрежденной водоросли кодиума хрупкого, из которого моллюсками были «приобретены» хлоропласты. Любопытно, что и содержание хлорофилла на 1 грамм сырой массы ткани у водоросли и животного было сходным. Благодаря фотосинтезу моллюски фиксировали углекислый газ на протяжении всех 93 дней опыта. Правда, скорость фотосинтеза постепенно ослабевала и к концу эксперимента составляла 20–40% от первоначальной.

В 1971 году ученые наблюдали выделение кислорода в ходе фотосинтеза хлоропластов, налюдящихся в клетках тридакны. Тридакны – типичные обитатели тропических морей. Особенно широко они распространены на коралловых рифах Индийского и Тихого океанов. Великаном среди моллюсков выглядит тридакна гигантская, достигающая иногда длины 1,4 метра и общей массы 200 килограммов. Тридакны интересны для нас своим симбиозом с одноклеточными водорослями. Обычно они так располагаются на дне, чтобы их полупрозрачная мантия, выступающая между створками раковины, была обращена вверх и сильно освещалась солнцем. В ее межклеточном пространстве в большом количестве поселяются зеленые водоросли. Несмотря на значительные размеры, моллюск питается только теми веществами, которые вырабатывают водоросли-симбионты.

В Средиземном море и у берегов Франции в Атлантике встречается червь конволюта, у которого под кожным покровом также обитают зеленые водоросли, осуществляющие синтез органических веществ из неорганических. Благодаря активности своих «квартирантов» червь не нуждается в дополнительных источниках пиши, поэтому желудочно-кишечный тракт у него атрофировался. Во время отлива множество конволют покидает свои норы для того, чтобы принять солнечные ванны. В это время водоросли под их кожей интенсивно фотосинтезируют. Некоторые виды этих червей находятся в полной зависимости от своих поселенцев. Так, если молодой червь не «заразится» водорослями, то погибнет от голода. В свою очередь водоросли, поселившиеся в теле конволюты, теряют способность к существованию вне его организма. «Заражение» происходит с помощью «свежих», не живших еще в симбиозе с червями водорослей в момент, когда личинки червя выходят из яиц. Эти водоросли, по всей вероятности, привлекаются какими-то веществами, выделяемыми яйцами червей.

В связи с рассмотрением вопроса функционирования хлоропластов в клетках животных чрезвычайно большой интерес представляют опыты американского биохимика М. Насса, в которых было показано, что хлоропласты сифоновой водоросли каулерпы, харовой водоросли нителлы, шпината и африканской фиалки захватываются клетками соединительной ткани (так называемыми фибробластами) мышей. Обычно в фибробластах, заглотавших инородное тело (этот процесс ученые называют фагоцитозом), вокруг поглощенной частицы образуется вакуоль. Постепенно чужеродное тело переваривается и рассасывается – исчезает. Когда же в клетки ввели хлоропласты, вакуоли не возникали, а фибробласты даже не пытались их переварить.

Пластиды сохраняли свою структуру и способность к фотосинтезу на протяжении трех недель. Клетки, ставшие из-за их присутствия зелеными, нормально делились. При этом хлоропласты стихийно распределялись по дочерним клеткам. Пластиды, находившиеся в фибропластах около двух дней, а затем вновь выделенные, оставались неповрежденными. Они усваивали углекислый газ с такой же скоростью, с какой фотосинтезировали свежие хлоропласты, выделенные из растений.

Предположим, что в ходе эволюции возникнут такие существа или их обнаружат на других планетах. Какими они должны быть? Ученые полагают, что в таком животном хлорофилл будет сосредоточен в коже, куда свободно проникает свет, необходимый как для синтеза зеленого пигмента, так и для образования органических веществ. «Зеленый человек» должен делать кое-что наоборот: днем, подобно сказочному королю, ходить в невидимой для всех одежде, а ночью, напротив, одеваться, чтобы согреться.

Проблема заключается в том, сможет ли такой организм получать с помощью фотосинтеза достаточно пищи. Исходя из максимально возможной интенсивности фотосинтеза растений в самых благоприятных условиях существования, можно подсчитать, сколько органического вещества сможет образовать зеленая кожа этого человека. Если принять, что 1 квадратный дециметр зеленого растения за 1 час синтезирует 20 миллиграммов Сахаров, то 170 квадратных дециметров человеческой кожи, доступной солнечным лучам, смогут образовать за это время 3,4 грамма. За 12-часовой день количество органического вещества составит 40,8 грамма. В этой массе будет концентрироваться около 153 калорий энергии. Такого количества явно недостаточно для удовлетворения энергетических потребностей человеческого организма, которые составляют 2000–4000 калорий в сутки.

Примем во внимание, что «зеленому человеку» не нужно думать о пропитании и быть слишком деятельным, поскольку пища сама поступает в его организм из хлоропластов кожи. Нетрудно прийти к заключению, что отсутствие физической нагрузки и малоподвижный образ жизни сделают его похожим на обычное растение. Иначе говоря, «зеленого человека» весьма трудно будет отличить от опунции.

Расчеты исследователей показывают: для того, чтобы образовать достаточное количество органического вещества, «зеленый человек» в ходе эволюции должен в 20 раз увеличить поверхность своей кожи. Это может произойти за счет возрастания числа складок и отростков. Для этого ему необходимо будет обзавестись подобием листьев. Если это произойдет, то он станет совсем малоподвижным и еще более похожим на растение.

Таким образом, существование крупных фотосинтезирующих животных и человека на Земле и в космосе едва ли возможно. Ученые полагают, что в любой биологической системе, хотя бы отдаленно напоминающей биосферу Земли, обязательно должны существовать растительноподобные организмы, обеспечивающие пищей и энергией как самих себя, так и животных. Во второй половине XIX столетия было установлено, что энергия солнечного света усваивается и трансформируется при помощи зеленого пигмента хлорофилла.

На основе проведенных опытов можно сказать что, зеленая окраска хлорофилла определяется наличием в нем атома металла вне зависимости от того, будет ли это магний, медь или цинк.Современная наука подтвердила правильность взглядов К.А. Тимирязева относительно исключительной важности для фотосинтеза именно красных лучей солнечного спектра. Оказалось, что коэффициент использования красного света в ходе фотосинтеза выше, чем синих лучей, которые также поглощаются хлорофиллом. Красные лучи, по представлениям К.А. Тимирязева, играют основополагающую роль в процессе мироздания и созидания жизни.

Как известно растения поглощают углекислый газ, который присоединяется к пятиуглеродному веществу под названием рибулезодифосфат, где потом он в дальнейшем участвует во многих других реакциях. Изучение особенностей фотосинтеза у разных растений, безусловно, будет способствовать расширению возможностей человека в управлении их фотосинтетической деятельностью, продуктивностью и урожаем. В целом фотосинтез это один из основополагающих процессов жизни, на котором основана большая часть современной растительной фауны на поверхности земли.