A falevelek nyári zöld színüket a bennük felhalmozódott zöld színanyagnak, a klorofillnak köszönhetik. Ősszel a levelek nem a haldoklásuk következtében változnak pirossá vagy sárgává, hanem egy sor biokémiai folyamat eredményeképpen. Ezek a folyamatok eltérőek a piros és a sárga őszi levelekben.

Amikor a levelekben lévő zöld klorofill mennyisége csökken, a levelekben eleve jelenlevő sárga színanyag kerül túlsúlyba és adja a levél színét. A vörös őszi levelek esetében más folyamatok zajlanak le. Amikor a klorofill csökkenni kezd, egy vörös pigment, az antocianin (amely korábban nem volt jelen a levelekben) szintetizálódik. Ezeket a tényeket csak nemrég fedezték föl a kutatók, és azóta egy sor hipotézis próbálja megmagyarázni, miért fektetnek a fák többlet energiát a vörös pigmentek előállításába, amikor úgyis hamarosan elhullatják lombjukat.

Az egyik magyarázat szerint a vörös pigment azon élettani folyamatot teszi hatékonyabbá, amely révén a fa visszaszívja aminosavait a fás részekbe, s így eredményesebben védekezhet a téli fény és hideg károsító hatásai ellen. Más magyarázatok szerint a vörös színanyag azért alakul ki, hogy a fa megvédje magát az aminosav-folyamból hasznot húzni igyekvő rovaroktól. E magyarázatok egyike sem ad választ azonban arra, miért nem fordul elő a vörös antocianint létrehozó folyamat az európai fákban.

Egy izraeli és egy finn kutató most egy olyan elmélettel állt elő a New Phytologist folyóiratban, amely megválaszolja a kontinensek közti színbeli különbségeket. Simcha Lev-Yadun és Jarmo Holopainen elképzelése szerint egészen 35 millió évvel ezelőttig a bolygó felszínének nagy területeit örökzöld trópusi fákból álló erdők borították. Ekkor azonban egy sor eljegesedés és száraz időszak következett, és számos fafaj lombhullatóvá alakult.

E fák közül sokan vörös leveleket fejlesztettek ki az evolúció folyamán, hogy elriasszák a kártevő rovarokat. Észak-Amerikában és Kelet-Ázsiában az észak-déli elhelyezkedésű hegyláncok lehetővé tették a növények és állatok vándorlását északra vagy délre, ahogy az éghajlat-ingadozások hatására előretört vagy éppen visszahúzódott a jég. Így tehát a fákkal együtt vándorolhattak a rovarkártevők is.

Európában azonban más volt a helyzet. Az Alpok és oldalágai kelet-nyugati irányban húzódnak, ezért az élővilág sok helyen nem tudott kitérni az éghajlatváltozások káros hatásai elől. Sok fafaj, amely nem bírta a nagy hideget, kipusztult. Velük együtt kihaltak azok a rovarok is, amelyek megélhetése ezektől a fáktól függött. Az ismétlődő jégkorszakok végén az Európában fennmaradt legtöbb fafajnak nem kellett megbirkóznia a korábbi rovarkártevők zömével, hiszen ezek eltűntek. Ezért a fáknak a továbbiakban már nem volt szükségük arra, hogy plusz befektetéssel vörös, figyelmeztető leveleket hozzanak létre.

A kutatók szerint elméletüket azok a törpecserjék támasztják alá, amelyek Skandináviában élnek. Ezeknek ősszel még mindig vörösre változik a levélzetük. A fákkal ellentétben a törpecserjék az őket borító szigetelő hóréteg alatt vészelték át a jégkorszakokat. Igen ám, de a hóréteg megvédte a cserjékkel táplálkozó rovarokat is a kipusztulástól. Így tehát a rovarok és e növények csatája tovább folytatódott, ami viszont szükségessé tette, hogy ősszel pirosra színezzék a leveleiket.