Im Herbst verändert sich die Färbung der Blätter vieler Laubbäume aufgrund komplexer biochemischer Prozesse, die eng mit dem Abbau und der Neubildung von Pigmenten zusammenhängen. Während der aktiven Vegetationsperiode sind Blätter überwiegend grün, da das Chlorophyll, der wichtigste Photosynthesepigment, die grüne Farbe verursacht. Chlorophyll absorbiert vor allem rotes und blaues Licht für die Photosynthese und reflektiert grünes Licht, wodurch die Blätter grün erscheinen. Dieses Pigment ist für die Pflanze von zentraler Bedeutung, da es die Umwandlung von Lichtenergie in chemische Energie ermöglicht. Mit abnehmender Tageslänge und sinkenden Temperaturen wird die Photosynthese jedoch ineffizienter. Die Pflanze reduziert daraufhin die Produktion von Chlorophyll und baut bestehendes Chlorophyll systematisch ab. Die abgebauten Bestandteile werden oft in Stamm oder Wurzeln zurückgeführt, um wertvolle Nährstoffe wie Stickstoff und Magnesium zu speichern, die im Winter knapp werden können.
Durch den Abbau des dominanten grünen Chlorophylls werden andere Pigmente, die im Blatt vorhanden, aber bisher durch das Chlorophyll überdeckt waren, sichtbar. Zu diesen Pigmenten gehören vor allem Carotinoide und Anthocyane. Carotinoide sind gelb bis orange gefärbte Pigmente, die während des gesamten Jahres in den Blättern vorhanden sind. Sie sind unter anderem für die charakteristischen gelben Farbtöne von Bäumen wie der Birke, der Esche oder dem Ginkgo verantwortlich. Anders als Carotinoide werden Anthocyane erst im Herbst neu synthetisiert. Sie entstehen aus Zuckerbausteinen, die sich durch Photosynthese im Blatt angesammelt haben, und verleihen den Blättern rötliche bis violette Farbtöne, die besonders bei Ahornarten oder Eichenarten ausgeprägt sind. Die Bildung von Anthocyanen wird stark von äußeren Umweltfaktoren beeinflusst: Kalte Nächte und sonnige Tage fördern ihre Produktion und verstärken die Rottöne, während regnerisches oder sehr mildes Wetter oft blassere Farben zur Folge hat.
Die Variation der Herbstfärbung zwischen einzelnen Baumarten und sogar zwischen einzelnen Blättern eines Baumes hängt zudem von mehreren weiteren Faktoren ab. Dazu zählen die genetische Ausstattung der Pflanze, die Nährstoffversorgung des Bodens, der Wasserhaushalt sowie der pH-Wert im Zellsaft. Besonders der pH-Wert kann die Farbe der Anthocyane beeinflussen: In saurer Umgebung erscheinen sie stärker rot, während sie unter basischen Bedingungen eher blau oder violett wirken. Die Konzentration von Zucker und anderen Stoffwechselprodukten im Blatt spielt ebenfalls eine Rolle, da sie die Intensität der Anthocyanbildung steuert.
Darüber hinaus ist die Herbstfärbung ein dynamischer Prozess, der nicht abrupt, sondern allmählich erfolgt. Anfangs lassen sich die ersten Farbveränderungen bei einzelnen Blättern erkennen, bevor sich die Verfärbung über den gesamten Baum ausbreitet. Die Farben entstehen also nicht nur durch das passive Sichtbarwerden der Pigmente, sondern auch durch aktive biochemische Prozesse, die durch Umweltbedingungen moduliert werden.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Vielfalt der Herbstfarben das Ergebnis eines komplexen Zusammenspiels aus Chlorophyllabbau, Carotinoidpräsenz und Anthocyanbildung ist, das zusätzlich durch genetische, chemische und klimatische Faktoren beeinflusst wird. Diese Prozesse verdeutlichen die Anpassungsfähigkeit der Pflanzen an saisonale Veränderungen und führen zu den charakteristischen, oft spektakulären Farbspielen, die den Herbst prägen.
