为什么有的树叶秋天会变红？-SAT阅读自然科学文章背景知识

SAT的用卷规律已被TD SAT教研组破解，想知道未来SAT阅读的文章考哪些话题和文章么？快看我们为大家准备的一篇自然科学干货文，提前了解这些重点话题的背景知识十分重要，特别是对于即将参加今年SAT的同学来说价值非常大哦~

秋天到来，从高空中往下看，森林看起来就像一块夹杂着红色、橙色、黄色的调色盘，非常美丽。为什么有的树一到秋天树叶就要变红？最近，有科学家经过研究后提出，树叶变红不仅仅是因为衰老，而是为了用红色向蚜虫和其他昆虫发出警告。

他认为，有的树的叶子在秋天变红，是被蚜虫逼的。是树和吃它叶子的蚜虫经过很多年共同进化、博弈的结果。就像雄性孔雀的尾部那么美丽，也是被雌性孔雀逼的。因为雌性孔雀总是选择尾部最美丽的雄孔雀当配偶，但是美丽的尾部必然庞大，实际上会让雄孔雀容易成为天敌的盘中餐。所以一般的雄孔雀不敢长那么大的尾部，只有身体最强壮的雄孔雀才敢长出最庞大的尾部。实际上，早在一百多年前，有一位叫纽比津的科学家虽然没有认为树叶变红没有一点用处，但是就隐约提出红叶可能是某种自然选择（进化）进程的结果。

秋天美丽的山野景象

不说孔雀了，回过头来说树叶。目前通用的教科书是这样写的：每到秋冬，树会把树叶中的叶绿素（chlorophyll）收回，树叶中剩下的色素就让树叶变成黄色或橙色了。但是这种理论解释不了为什么有些树的树叶在秋天会变成红色和紫色。树叶中的叶绿素被大树收走，也不应该剩下红色素或紫色素啊？

只有花青素（anthocyanin）才能使树叶呈现红色和紫色，而夏天的绿叶中是不包含花青素的，也就是说大树要让树叶要在秋天变红或变紫，必须主动耗费养分生产花青素并提供给树叶。而树叶在秋天变红以后，冬天又会脱落。所以大树耗费养分生产花青素，必定有目的。

2000年，一位叫汉密尔顿的科学家提出了一个理论假说，认为大树让树叶变红，是为了向昆虫发出警告。很多昆虫（比如蚜虫），喜欢秋天时在树叶上产卵，来年春天幼虫孵化后，就会吃树叶。树叶变红，就可以警告这些昆虫“我有毒，不要吃我”。他的论据是，秋天树叶最红的那几种树，也就是最受多种蚜虫所害的那几种。

人们早就知道，自然界中存在类似的机制。胡蜂身上黄黑相间的花纹，箭毒蛙身体明亮的红色、蓝色，都是警告敌人“我有毒，不要吃我”。

汉密尔顿提出这个理论猜想后不久就去世了。最近，他的学生阿切荻在一些苹果树上做了一些观察和实验，发现蚜虫确实会躲避树叶会变红的苹果树，还发现蚜虫在树叶不变红的苹果树上存活率更高。阿切荻又发现，野生的苹果树，树叶变红的程度要远高过人工果园里种的苹果树。他认为，这是因为种树的人会用其他一些杀虫方法帮果园的苹果树驱虫，所以果园的苹果树受到虫害的威胁小一些，所以这些苹果树就不太需要在秋天时让自己的叶子变红了。

阿切荻用的方法首先观察。秋天的一天，他选定120棵树叶颜色不同的苹果树（红、绿、黄各40棵），观察这些树上的蚜虫数量。结果发现，叶子红的苹果树上的蚜虫数量最少，只有叶子黄的苹果树上蚜虫数量的一半，只有叶子绿的苹果树上蚜虫数量的三分之一。

也许是因为蚜虫在视觉上更喜欢黄色、绿色？阿切荻又做了一个实验，排除了这种可能。还是在正是秋天的时候，他故意把雌性蚜虫放到叶子颜色不同的三种苹果树上（蚜虫的习性是在苹果树上产卵），然后到第二年春天比较这些虫卵孵出幼虫并成功存活到成虫的数量。叶子红的苹果树上，有29%蚜虫幼虫成功长到成年。而在叶子绿和叶子黄的苹果树上，存活率要高一倍。这就说明，蚜虫不是因为不喜欢红色，而是因为叶子红的苹果树对它们来说确实有毒，它们是有意识地躲避红苹果树。

阿切荻又比较了野生苹果树和果园里人工种植的苹果树在秋天树叶颜色的区别。阿切荻猜想，因为果园的苹果树已经被人类反复杂交配种，只为更好的口味和更大的产量、人类在杂交苹果树时根本不考虑杂交出来的苹果树的树叶在秋天是什么颜色。且人类会想办法帮它们防虫，所以果园的苹果树自己就不需要防虫了，所以在秋天耗费自己的养分生成花青素这种事，它们就不去做了。

借助卫星从太空中拍摄的北美大陆秋季照片

阿切荻还发现，中亚哈萨克斯坦的一些野生苹果树，其中60%多是到了秋天树叶会变红，而一个英国果园里的一些苹果树，其中只有3%是到了了秋天树叶会变红。有人可能会说，这可能是由于中亚和西欧不同的环境造成的。阿切荻就有比较了一下美国当地的野生苹果树（从中亚引进）和果园种殖的同源苹果树（在果园中种植的历史已经超过2000年），也是野生的到了秋天树叶变红的多（30%），果园种植的，树叶变红的少（不到5%）。

阿切荻又分析了美国农业部的信息丰富的“全美苹果树数据库”，发现秋天叶子会变红的那些品种，和那些秋天叶子变黄或保持绿色不变的那些品种比起来，枝叶繁茂度也更高。此外，苹果树容易得的一种叫“火疫干枯病”的细菌感染病，蚜虫在迁徙的时候和其他一些昆虫会帮助这种病从一棵树传到另一棵树。阿切荻发现，越是容易感染这种病的苹果树，叶子到秋天变红的概率也就越高。

得了“火疫干枯病”以后的树叶

有很多科学家提出了质疑。有的科学家指出，蚜虫并不习惯在秋天从一棵树迁徙到另一棵树。起初，阿切荻认为黄色也像红色一样，能够驱虫。有的科学家经过实验，发现蚜虫根本分不清黄色和绿色。对这种说法，阿切荻承认自己错了。黄色确实还不如绿色。还有的科学家指出，蚜虫的眼睛严重缺少能够感知红色的细胞，根本看不见红色光，只能看见黄色光、蓝绿色光和紫外线。阿切荻对此的回应是，承认蚜虫确实看不见红色光，但是又用实验证明蚜虫有能力根据红色树叶和绿色树叶对其他一些黄色光、紫外线的不同反射来成功区别红色树叶和绿色树叶。

那么那些批评阿切荻的人，是怎么解释为什么有些树的树叶到了秋天会变红的呢？他们支持另一种理论：秋天，树叶失去叶绿素以后，阳光就不再是给光合作用提供能量的好东西了，而是会把树叶晒死的坏东西。所以从树叶收回叶绿素的大树，又给树叶提供了花青素，让树叶变红，这样树叶就不怕太阳晒了。

阿切荻认为支持“防晒说”的几个证据内部存在一些自相矛盾。他还指出，如果到为了秋天，树叶失去叶绿素就会怕太阳晒，那应该是所有树的树叶都变成红色，为什么是有些树的树叶到秋天会变红，有些树的树叶就不呢？他最后说，“防虫说”和“防晒说”本质上并不对立，可能可以相互补充。

其他一些科学家也认为是两种理论互补。。不过他们认为有些树叶秋天变红，“防晒”是主要目的，“防虫”是次要目的。