「木の葉っぱが秋に赤や黄色になるのはなぜ? 今から2時間、ネットや本で調べて、発表しなさい! 一番良くできた子には、アイス屋さんでスパゲッティーアイスをご馳走する」と日曜日の朝食のときに、我が子3人に課題を出しました。
控えめだけど、質問に一番厳密に簡潔に9割方正しく答えたのは15歳の長女。学校でも良く手を上げて発表したがる13歳の次男は、色の変化だけでなく、葉っぱがなぜ落ちるかとか、光合成のことまで説明。7歳の末娘は「葉っぱは死ぬのが怖いから赤くなる」「いや違う、本当は虹が色をつけてくれるから」と哲学的で詩的な答えをくれました。
生物学的な答え:葉っぱの中には、黄色をもたらすカロチノイド、赤色をもたらすアントシアニン、そして緑色をもたらすクロロフィルという分子がある。光合成をするのはクロロフィルで、マグネシウムと窒素を中核とする有機物質からなりたっており、たくさん光合成をする春から初秋にかけて、通常このクロロフィルの割合が多く、黄色のカロチノイドと赤色のアントシアニンを覆ってしまうので、緑に見える。晩秋で寒くなり、土も凍りはじめ、光合成に必要な十分な量の水を土壌からの吸い上げるのが困難になり始めると、木は葉っぱを落とし、水不足の冬環境に適応するが、その前に葉っぱのクロロフィル分子を解体し、その主要物質であるマグネシウムと窒素を枝や幹や根に、次の春が来るまで貯蓄しておく。この落葉前の過程で葉っぱのクロロフィルが少なくなると、隠れていたカロチノイド(黄色)やアントシアニン(赤色)が表にでてきて、「紅葉」となる。
カロチノイドやアントシアニンには、綺麗な秋の紅葉を見せるだけでなく、紫外線からのダメージを防ぐという、木の葉っぱを守る大切な役割があります。また赤色の原因分子であるアントシアニンは、防虫防菌作用もあります。
子供達の発表のあと、「じゃあ、どこから赤や黄色や緑の色が出てくる」とさらなる質問しました。上の2人はすぐに「そういう色素を持った物質がそこにあるから」と回答。「ブー、外れ」。すると末っ子の娘は「色は空から降ってきている」と詩的かつ、核心に迫ることを言いました。
物理学的な答え:人間に見える色は、太陽光の可視光線と、それに対する物質の反応から生じる。緑の葉っぱは、主体のクロロフィルが、波長の短い青の可視光線と波長の長い赤や黄色の可視光線を吸収し、緑の部分だけ反射しているから。カロチノイドは、黄色の波長を反射し、他の色の波長を吸収、アントシアニンは、赤色の波長を反射し、他の色の波長を吸収。
この季節外れの質問をしようと今朝ふと思いついたのは、我が家の前庭に育つ樹齢50年の日本原産の「のむらもみじ」の赤紫の葉っぱが目に入ったから。おそらく江戸時代に天然のイロハモミジから品種改良されはじめ、公園や庭先に植えられているこの品種は、春先に赤紫色の葉っぱを広げ、夏に緑っぽくなり、秋に朱色の綺麗な紅葉をします。光合成をする期間に、緑じゃなく赤が優性なこのモミジには、綺麗な色を長い期間見たくて品種改良した人間の都合だけでなく、生物学的意味があるようです。天然のイロハモミジは、日陰の湿った場所に適応した樹種で、太陽光がたくさん当たる公園や庭では、紫外線が強すぎるため、自分をまもるため、赤色のアントシアニンをたくさん身につけたノムラモミジに変異し新しい環境に適応して行ったようです。