出品：科普中国
制作：廖鑫凤（中国科学院昆明植物研究所）
监制：中国科学院计算机网络信息中心
秋天来临之际，许多木本植物叶子纷纷变成红色、黄色或者橙色。由于变色时间的不同、变色程度的不一致，使整片林子呈现出多种多样的色彩，唤醒这个星球上人们对秋天最直观的记忆。
尤其在暖温带落叶阔叶林中，大面积不同种的落叶性乔木叶子一起变色，构成一眼望去无边无际缤纷的色彩，也在温带地区中形成一种典型的地带性植被。
△典型的温带落叶阔叶林景观
图片来源：WorldwideElevationFinder
这是树木叶子在掉落前谢幕的挽歌，往往仅能持续一两个月，随后就是萧瑟的冬天，光秃秃的林子。
当然这场秋季落叶变装的胜景也不仅仅局限在温带，在亚热带甚至热带，也存在着季节性落叶变换秋装的树木。
据保守统计全球范围内有超过六百种植物会参与这场秋季的变装，包括在北美与东西常见的各种枫树（Acer），在欧洲常见的数种温带优势乔木栎属（Quercus），它们由许多常绿的木本植物独立演化而来。
那这些乔木为何要选择在秋天落叶呢？
秋天为何要落叶？
一般认为，落叶是乔木对所处环境气候的季节变换做出的响应。
气候适宜时，叶子可以通过光合作用吸收光能，把二氧化碳和水合成树木生长所需的有机物，同时释放氧气。但是，随着秋天到来，气温开始降低，降雨开始变少，日照时间也开始变短，这让叶子这种特化的、高效的光合作用工场变成鸡肋。
△秋天里的落叶
图片来源：Veer图库
这些为光合作用而生的宽广的叶片，没有茎生着一年年加厚的树皮，也没有根埋在土里的外衣，即将来临的寒冷让他们变得无所适从。
而且，本来接受光照的向阳的宽大的叶面，反而会让它们变得不易抗寒，在气温低于零下时，面临冻伤的风险。同时，气温下降与降水减少，导致根从土中吸取水分变得困难，叶子上密布的气孔会随着树木的呼吸而损耗大量的水分。
因此，树林也只好开源节流，在气候条件不利的时候全面舍弃叶子。
落叶之前为何要变色呢？
那为何落叶之前，树木要赠还给大地最美的秋天呢？
实际上这场盛大的秋色可能只是树木的缓兵之计，在感应到长期低温后，树木开始准备落叶，但是叶子中的营养物质要从树叶中回收回去，尤其是叶片中的叶绿素中还含有丰富的氮，是紧俏的营养元素。
这场缓慢的回收之旅会将叶绿素降解殆尽，同时叶子中的蛋白质也会被回收三分之二。随着叶绿素的降解，原本被叶绿素遮挡住颜色的辅助光合色素类胡萝卜素开始充当起这个调色盘的主角，使叶片呈现出从橙色到金黄色的变化。
叶中剩下的类胡萝卜素之所以在叶子停留，是因为它要在叶绿素回收时，充当叶子保护者的角色，防止叶绿素无法光合作用后，叶片被光灼伤。要知道，秋高气爽的天气里，虽然不适合生长，但少了云层的遮挡，光照强度反而增强了。
△叶绿素化学式，核心结构中由四个吡咯与金属镁结合，每分子叶绿素含四个氮
图片来源：synarchive.