شیمی در لابلای برگ های پاییزی ، علمی که دید شما را نسبت به دنیای اطرافتان تغییر می دهد - مجله جهانگیر

به گزارش خبرنگار فناوری خبرنگاران، از آنجایی که کاربرد علوم مختلف در زندگی روزمره یکی از سوالات پرتکرار و همیشگی محصلان در کلاس های درس است بر آن شدیم تا بخشی از کاربرد های علوم گوناگون را به تفکیک مطرح کنیم. این قسمت شیمی و رنگ برگ ها!

رنگ برگ ها در پاییز از جمله جذابیت های این فصل است. تغییر در رنگدانه برگ ها از سبز به نارنجی و حتی بنفش، به علت طیفی از مواد شیمیایی است. چندین ترکیب شیمیایی در برگ ها پیدا می گردد که هرکدام مسئول آرایه ای از رنگ های فصل پاییز هستند. این ترکیبات به علت داشتن سیستم های مزدوج (کانژوگه) می توانند رنگ های متفاوتی را برای ما ایجاد نمایند. در ترکیبات رنگی برگ ها، سیستم های مزدوج با پیوند های متناوب یک گانه و دوگانه معین می شوند.

وقتی تعداد جفت ها در یک ترکیب زیاد می گردد، مولکول ها می توانند طول موج های مختلفی از طیف نور مرئی را جذب یا بازتاب نمایند. تغییر در نور و دما در فصل پاییز این طول موج ها را برای برگ ها ایجاد می نماید. سه رنگدانه اصلی در این موضوع نقش دارند: کلروفیل، کاروتنوئید و آنتوسیانین.

کلروفیل

رنگدانه کلروفیل در کلروپلاست تقریبا هر سلول برگ یافت می گردد و علت رنگ سبز برگ هاست. اما کلروفیل در برگ نقشی بیشتر از یک رنگدانه را بازی می نماید؛ این ماده یک ترکیب حیاتی در فتوسنتز است و به گیاه اجازه می دهد تا انرژی نور را به انرژی شیمیایی تبدیل کند.

کلروفیل با جذب نور قرمز و آب از طیف نوری خورشید باعث می گردد تا برگ ها سبز به نظر برسند. (رنگ آبی و قرمز که مکمل سبز هستند را جذب و سبز را بازتاب می دهد). نوری که کلروفیل جذب می نماید، شکلی از انرژی است که نیروی لازم برای واکنش های شیمیایی در فتوسنتز را تامین می نماید. این واکنش ها شامل تبدیل کربن دی اکسید و آب به اکسیژن و کربوهیدارت یا قند هستند.

برای اینکه گیاهان کلروفیل بسازند احتیاجمند گرما و نور خورشید هستند. به همین علت در تابستان بر گ ها به طور مجذوب نماینده ای سبز هستند و کلروفیل دائما در حال فراوری شدن است؛ بنابراین وقتی وارد فصل سرد پاییز می شویم فراوری کلروفیل در گیاهان کاهش یافته و انتها این ماده تجزیه می گردد. اما این موضوع باعث می گردد تا ما نمایش خیره نماینده ای از رنگ ها را ببینیم، زیرا وقتی کلروفیل آغاز به تجزیه شدن می نماید؛ رنگدانه های دیگری را می بینیم که در گیاهان مخفی شده اند.

کاروتنوئید

یکی از ترکیباتی که تمام سال در گیاهان اطرافمان مخفی شده، کاروتنوئید است. این گروه عظیم شیمیایی طول موج های مختلف و بیشتری از نور خورشید را نسبت به کلروفیل جذب می نمایند. کاروتنوئید با جذب نور های آبی و سبز-آبی از نور خورشید، رنگ نارنجی و زرد را به جای سبز بازتاب می دهد.

چون نور های مختلفی از طیف را جذب می نمایند، یکی از عملکرد های این ترکیب در تابستان انتقال انرژی نوری تازه به کلروفیل برای ادامه فتوسنتز است. همانند کلروفیل، کارتئونید مولکول عظیمی است که می تواند در کلروپلاست برگ ها یافت گردد. دلیل اینکه ما رنگدانه زرد را در طول تابستان نمی بینیم این است که در کلروپلاست برگ ها مقدار بیشتری کلروفیل وجود دارد و مقدار کلروفیل برگ ها بر کارتنوئید موجود غلبه می نماید.

با این حال، کاروتنوئید ها پایدارتر از کلروفیل ها هستند و دیرتر تجزیه می شوند. بنابراین، هنگامیکه پاییز دوباره آغاز گردد و سطح کلروفیل پایین بیاید، رنگ های نارنجی و زرد کاروتنوئید ها ظاهر می شوند. این گروه از ترکیبات علاوه بر برگ ها به قناری ها، گل نرگس، موز، ذرت، زرده تخم مرغ و کره نیز رنگ می دهند.

یک ترکیب مهم در کاروتنوئیدها، بتا-کاروتن (C40H36) است. بتا- کاروتن یک هیدروکربن است که منجر به رنگ نارنجی برگ ها و هویج می گردد. لوتئین یک ترکیب کارتنوئیدی دیگر است که در دسته Xanthophyll طبقه بندی شده و علت رنگ زرد برگ هاست.

آنتوسیانین ها

آنتوسیانین ها به گروه ترکیبات فلاونوئید ها در برگ ها تعلق دارند. آن ها را می توان در افرای قرمز، بلوط قرمز و سماق دید که رنگ زیبای خود را به نمایش می گذارند. آنتوسیانین ها نور آبی، سبز و سبز-آبی خورشید را جذب نموده و نور قرمز مایل به زرد، قرمز و بنفش را بازتاب می دهند. این رنگدانه های قرمز در گل رز، انگور سیاه و بیشتر میوه های قرمز یافت می شوند.

برخلاف خویشاوندانشان، آنتوسیانین ها طی سال در برگ ها مخفی نمی شوند، زیرا به غشای سلولی متصل نیستند. در مقابل، آن ها طی فرآیند سخت که به غلظت بالای قند در برگ ها و نورخورشید وابسته است در سلول برگی سنتز می شوند. چون برای فراوری آنتوسیانین ها نور خورشید ضروری است، بعنوان مثال اغلب میوه های درخت سیب که رو به نور خورشید است رنگ قرمزتری دارند و به همین علت است که سیب های ارگانیک گاهی دو رنگ هستند.

در بین این سه رنگدانه درک کمتری از آنتوسیانین ها وجود دارد و دانش زیادی درباره چگونگی عملکرد آن ها در برگ ها در دسترس نیست. با این حال، تصور می گردد که آن ها تا زمانیکه احتیاج باشد از برگ ها در برابر آسیب نوری محافظت می نمایند.

تغییر نیروی برگ ها طی پاییز تنها نمونه ای است از اینکه چگونه شیمی بر شناخت و دیدگاه ما از دنیای اطراف تاثیر می گذارد. در حالیکه رنگ های پاییزی برای درک عظمت دنیا کافیست، وقتی نگاهی دقیق تر به آن ها می اندازید، یکی از برجسته ترین پدیده های طبیعی را مشاهده خواهید کرد.