秋天來臨之際，許多木本植物的葉子紛紛變成紅色、黃色或者橙色。尤其在暖溫帶落葉闊葉林中，大面積不同種的落葉性喬木由於變色時間、變色程度不一致，使整片林子呈現出多種多樣的色彩。
不僅僅局限於溫帶，在亞熱帶甚至熱帶，也存在著季節性落葉的樹木。
據保守統計，全球範圍內有超過600種植物會參與這場秋季的變裝，包括在北美常見的各種楓樹、在歐洲常見的幾種溫帶櫟屬喬木，它們都是由一些常綠木本植物演化而來的。
那這些喬木為何要選擇在秋天落葉呢？
落葉是為了開源節流
一般認為，落葉是喬木對所處環境氣候的季節變換做出的響應。
氣候適宜時，葉子可以通過光合作用吸收光能，把二氧化碳和水合成樹木生長所需的有機物，同時釋放氧氣。但隨著秋天到來，氣溫開始降低，降雨開始變少，日照時間也開始變短。
葉片沒有枝幹那樣逐年加厚的樹皮用來保暖，也不像根可以埋在土裡禦寒，為了接收光照而變得寬大的葉面，反而會讓葉片面對寒冷無所適從。在氣溫低於零攝氏度時，葉片還會面臨凍傷的風險。
同時，由於氣溫變低與降水減少，根從土中吸取水分也變得困難，而葉片上密布的氣孔會隨著呼吸作用而損耗大量的水分。
因此，樹木為了開源節流，選擇在氣候條件不利的時候捨棄葉子。
變色是樹木的生存策略
在感應到長期低溫後，樹木開始準備落葉，但是在這之前需要對葉子中的營養物質進行回收，尤其是葉片中的葉綠素含有豐富的氮，這對樹木來說是緊俏的營養元素。
這場緩慢的回收之旅會將葉綠素降解殆盡，同時葉子中的蛋白質也會被回收近三分之二。隨著葉綠素的降解，葉子中的類胡蘿蔔素開始充當起這個調色盤的主角，使葉片呈現出從橙色到金黃色的變化。
類胡蘿蔔素是一種輔助光合色素，在葉綠素被降解回收的階段，類胡蘿蔔素充當起保護者的角色，防止葉片因無法進行光合作用而被光灼傷。因為秋高氣爽的天氣裡，少了雲層的遮擋，光照強度反而增強了。
我們觀賞到的秋葉還有很多是以紅色為主調，這是因為很多葉子中還含有第二類色素物質——花青素。
秋葉中花青素與類胡蘿蔔素兩類色素搭配起來，使得秋葉呈現出五光十色的變化，從黃到紫到紅到棕，再加上森林中不同落葉樹對秋季響應的時間不同，使得典型的溫帶落葉林在秋季時會變幻出萬紫千紅的顏色。
有意思的是，花青素並不是原本就存在於綠葉之中的，它不是光合色素，而是葉片在落葉過程中主動生產的。
花青素或起到防禦蟲害作用
花朵中產生的花青素主要用於吸引昆蟲過來訪問，那麼在行將就木的葉子中產生花青素是什麼目的呢？
一種解釋是花青素被植物用來應對環境脅迫。這種水溶性的色素，不僅能過濾紫外光，防止光損傷，還能溶解在細胞中，增強細胞的滲透壓，使植物能夠應對秋季的乾旱環境。
但這個理由還不夠充分，因為應對脅迫環境，生產色素其實並不是最經濟的解決方法。
另一種解釋是，產生花青素是植物的利用色彩防蟲的一種策略，是在與動物協同進化中衍生的做法。
比如有觀點認為，秋季大面積的蚜蟲遷移到樹上越冬，在來年春天綠葉產生時，會對植物造成毀滅性的打擊。但是在大多數昆蟲的眼中，紅色是不可見的，紅色的葉子在它們看來是黑色的，這樣一來，秋葉轉變為紅色，會讓昆蟲誤以為這種葉子沒有太大的利用價值。也就是說，秋葉轉紅能夠蒙蔽敵人，進而起到防禦侵害的效果。
巧合的是，許多剛萌生的新葉也是紅色的，這些容易被啃食的幼葉也能依靠紅色將自己保護起來。
秋葉還能讓原本在綠葉之中偽裝的、以植物為食的各類昆蟲暴露，因為許多植食性昆蟲都是綠色的，變色的葉子會讓它們變得顯眼起來，從而被昆蟲的天敵發現並捕食，減少樹木上藏著的各類有害食客，讓樹木可以安全過冬。
還有假說認為，秋葉可以充當果實的旗幟，秋季也是果實成熟的季節，同果實顏色一致的紅葉更容易吸引鳥類等種子散布者的注意，從而助力果實種子的散布。(來源：科普中國)