紅葉はなぜ赤や黄色になる？

秋が深まると、山や公園の木々が赤や黄色に色づいていきます。カエデは燃えるような赤に、イチョウはあざやかな黄色に。夏のあいだはどれも同じような緑色だったのに、いったい葉の中で何が起きているのでしょうか。

ひとくちに「色づく」といっても、実は黄色と赤とでは、色が生まれる仕組みが大きく違います。黄色い葉は、隠れていた色が見えてきたもの。赤い葉は、秋になってからわざわざ新しい色をつくったものなのです。

黄色は、もともと葉の中にあった

葉が緑色に見えるのは、光合成を担うクロロフィル（葉緑素）という色素をたくさん含んでいるからです。けれど葉の中には、カロテノイドという黄色やオレンジ色の色素も含まれています。夏のあいだは、クロロフィルの緑が圧倒的に多いため、カロテノイドの黄色は目立ちません。

秋になって日が短くなり、気温が下がってくると、落葉樹は冬じたくを始めます。葉の中のクロロフィルは分解され、その材料に含まれていた窒素などの貴重な栄養は、枝や幹へと回収されていきます。緑が消えていくと、それまで隠れていたカロテノイドの黄色が表に現れてきます。これが、イチョウなどの黄葉（こうよう）です。

ブナやクヌギなどの葉が茶色く色づくのは、タンニンなどの褐色の物質によるもので、褐葉（かつよう）と呼ばれます。

赤は、秋に新しくつくられる

一方、カエデやナナカマドの赤い色は、アントシアニンという色素によるものです。ブルーベリーや赤じその色と同じ仲間の色素ですが、多くの木では夏の葉にはほとんど含まれていません。赤い色は、秋になってから葉の中で新しくつくられるのです。

秋になると、葉の付け根には「離層」と呼ばれる仕切りのような層ができていきます。すると、葉でつくられた糖分が枝へ運ばれにくくなり、葉の中にたまります。この糖分などを材料にしてアントシアニンがつくられると考えられています。

赤があざやかになるには、天候も大切です。昼間によく晴れて光合成が進み、夜はぐっと冷え込む。そんな秋の日が続くと、紅葉は美しくなるといわれます。日本では、最低気温がおよそ8℃を下回るころから色づき始めるのがひとつの目安とされています。

なぜわざわざ赤くするのか

それにしても、どうせ落としてしまう葉に、なぜ手間をかけて新しい色素をつくるのでしょうか。これは研究者のあいだでも長く議論が続いている問題です。

有力な説のひとつが「日焼け止め」説です。クロロフィルが分解されていく途中の葉は、強い光によって傷つきやすくなります。アントシアニンが光をさえぎることで葉を守り、そのあいだに栄養をしっかり回収できる、という考え方です。

もうひとつ、虫へのメッセージだという説もあります。秋に木へやってきて卵を産むアブラムシなどに、「この木は防御が強いので来ないほうがいい」と知らせる警告の色だというのです。どちらの説にも支持する研究と疑問を投げかける研究があり、両方の役割があるのではないかという見方もあります。

赤い秋と黄色い秋

紅葉の色合いは、地域によっても違います。日本を含む東アジアや北アメリカ東部では赤く色づく木が多いのに対し、ヨーロッパでは黄色い紅葉が多いといわれます。

この違いについて、2019年に発表された研究は、秋の日差しの強さや気温の違いで説明できる可能性を示しました。日差しが強く、冷え込みも厳しい地域ほど、葉を守るために赤い色素をつくる意味が大きくなる、というわけです。ほかに、氷河期にヨーロッパで多くの樹木の種類が失われた歴史が関係しているという説もあり、答えはひとつに決まっていません。それでも、日本の秋が赤く染まるのは、私たちが暮らす土地の気候のおかげなのかもしれません。