Egy majom kirakósfa tüskés ágai. Joshua Bruce Allen/Shutterstock
Ha valaha is megragadta a tekintetét a levelek elrendezése a növényi száron, az ananász textúrája vagy a fenyőtoboz pikkelyei, akkor tudtán kívül a természet matematikai mintáinak ragyogó példáinak tanúja volt.
Ami ezeket a botanikai jellemzőket összekapcsolja, az a közös jellemzőjük, hogy spirálokba rendeződnek, amelyek egy numerikus sorozathoz tapadnak. Fibonacci szekvencia. Ezek a spirálok, amelyeket az egyszerűség kedvéért Fibonacci spiráloknak neveznek, rendkívül elterjedtek a növényekben, és lenyűgözték a tudósokat Leonardo da Vincitől Charles Darwinig.
A Fibonacci spirálok olyan elterjedtsége a növényekben manapság, hogy úgy gondolják, hogy egy ősi és erősen megőrzött tulajdonság, amelyek a növények evolúciójának legkorábbi szakaszaira nyúlnak vissza, és jelenlegi formájukban is megmaradnak.
Azonban a mi Új tanulmány megkérdőjelezi ezt a nézőpontot. Megvizsgáltuk egy megkövesedett növény leveleinek és szaporodási struktúráinak spiráljait, amelyek 407 millió éves múltra tekintenek vissza. Meglepő módon azt tapasztaltuk, hogy az adott fajnál megfigyelt összes spirál nem követte ugyanezt a szabályt. Ma már csak nagyon kevés növény nem követi a Fibonacci mintát.
Holly-Anne Turner, a tanulmány első szerzője, aki az Asteroxylon mackiei digitális 3D-s modelljeit készítette el az Edinburghi Egyetemen. Luisa-Marie Dickenmann/Edinburghi Egyetem, CC BY-NC-ND
Mik azok a Fibonacci spirálok?
A spirálok gyakran előfordulnak a természetben, és láthatók a növények leveleiben, az állatok héjában és még DNS-ünk kettős hélixében is. A legtöbb esetben ezek a spirálok a Fibonacci-sorozathoz kapcsolódnak – olyan számkészlethez, ahol mindegyik az őt megelőző két szám (1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21 és így tovább) összege.
Ezek a minták különösen elterjedtek a növényekben, és akár szabad szemmel is felismerhetők. Ha felveszünk egy fenyőtobozt, és ránézünk a tövére, láthatjuk, hogy a fás pikkelyek spirálokat alkotnak, amelyek az ághoz való csatlakozási pont felé konvergálnak.
Először csak egy irányban észlelhet spirálokat. De nézze meg alaposan, és láthatja az óramutató járásával megegyező és ellentétes spirálokat is. Most számolja meg az óramutató járásával megegyező és az óramutató járásával ellentétes irányú spirálok számát, és a spirálok száma szinte minden esetben egész szám lesz a Fibonacci-sorozatban.
Ugyanaz a fenyőtoboz színkóddal 8 óramutató járásával megegyező és 13 óramutató járásával ellentétes spirált mutat. A 8 és a 13 egymást követő számok a Fibonacci sorozatban. Sandy Hetherington, Szerző biztosított
Ez a konkrét eset nem kivételes eset. Az a tanulmány 6,000 fenyőtoboz elemzése során a vizsgált tobozok 97%-ában Fibonacci spirálokat találtak.
A Fibonacci spirálok nem csak a fenyőtobozokban találhatók. Gyakoriak más növényi szervekben, például levelekben és virágokban.
Ha egy lombos hajtás, például egy majom-rejtvényfa csúcsát nézi, láthatja, hogy a levelek spirálokba rendeződnek, amelyek a csúcstól kezdődnek, és fokozatosan körbefordulnak a száron. A tanulmány több mint 12,000 növényfajból származó 650 90 spirálból kiderült, hogy az esetek több mint XNUMX%-ában Fibonacci spirálok fordulnak elő.
Az élő növényfajokban előforduló gyakoriságuk miatt régóta úgy gondolják, hogy a Fibonacci spirálok ősiek voltak, és minden növényben erősen konzerváltak. Ezt a hipotézist a korai növényi kövületek vizsgálatával próbáltuk tesztelni.
Példák élő növényekre Fibonacci spirálokkal. Balról jobbra: spirálok egy majom-rejtvényfák leveleiben, egy fenyőtoboz és egy tengerparti százszorszép virágában. Sandy Hetherington, Szerző biztosított
Nem Fibonacci spirálok a korai növényekben
A levelek elrendeződését és a szaporodási struktúrákat vizsgáltuk az első ismert levelű növénycsoportban, az ún klubmohák.
Konkrétan a kihalt mohafajok növényi kövületeit tanulmányoztuk Asteroxylon mackiei. Az általunk vizsgált kövületek ma az Egyesült Királyságban és Németországban található múzeumi gyűjteményekben találhatók, de eredetileg a Rhynie chert – fosszilis lelőhely Skócia északi részén.
Vékony szelet kövületekről készítettünk képeket, majd digitális rekonstrukciós technikákkal vizualizáltuk a kövületek elrendezését. Asteroxylon mackiei leveleket 3D-ben, és számszerűsítse a spirálokat.
Ezen elemzés alapján felfedeztük, hogy a levelek elrendezése nagyon változó Asteroxylon mackiei. Valójában a nem Fibonacci spirálok voltak a leggyakoribb elrendezések. A nem Fibonacci spirálok felfedezése egy ilyen korai kövületben meglepő, mivel ma élő növényfajtákban nagyon ritkák.
Az Asteroxylon mackiei fosszilis életrekonstrukciója. Matt Humpage/Northern Rogue Studios, CC BY-NC-ND
Különleges evolúciós történelem
Ezek az eredmények megváltoztatják a szárazföldi növényekben előforduló Fibonacci spirálokról alkotott elképzelésünket. Azt sugallják, hogy a nem Fibonacci spirálok ősi mohák voltak, ami megdönti azt a nézetet, hogy minden leveles növény a Fibonacci mintát követő leveleket növesztette.
Ezenkívül azt sugallja, hogy a levélfejlődés és a Fibonacci-spirálok a mohákban evolúciós múlttal rendelkeztek, amely különbözik a mai élő növények más csoportjaitól, például a páfrányoktól, a tűlevelűektől és a virágos növényektől. Azt sugallja, hogy a Fibonacci spirálok a növények evolúciója során többször is külön-külön jelentek meg.
A munka egy újabb darabbal egészíti ki a fő evolúciós kérdés rejtvényét – miért olyan gyakoriak a Fibonacci spirálok a mai növényekben?
Ez a kérdés továbbra is vitákat vált ki a tudósok között. Különféle hipotéziseket javasoltak, többek között maximalizálja a fény mennyiségét hogy minden egyes levél megkapja vagy ahhoz hatékonyan csomagolja a magokat. Eredményeink azonban rávilágítanak arra, hogy a kövületekből és növényekből, például a mohákból származó betekintések létfontosságú támpontokat adhatnak a válasz megtalálásához.
A szerzőről
Sandy Hetherington, Növényevolúciós Biológus, Az Edinburgh-i Egyetem és a Holly-Anne Turner, PhD kandidátus, paleobotanika, University College Cork
Ezt a cikket újra kiadják A beszélgetés Creative Commons licenc alatt. Olvassa el a eredeti cikk.
Könyvek a környezetről az Amazon legjobb eladóinak listájáról
"Csendes tavasz"
írta Rachel Carson
Ez a klasszikus könyv mérföldkő a környezetvédelem történetében, felhívja a figyelmet a peszticidek káros hatásaira és a természeti világra gyakorolt hatásukra. Carson munkája hozzájárult a modern környezetvédelmi mozgalom inspirációjához, és ma is aktuális, mivel továbbra is küzdünk a környezet-egészségügy kihívásaival.
Kattintson a további információkért vagy a megrendeléshez
"A lakhatatlan Föld: Élet a felmelegedés után"
írta David Wallace-Wells
Ebben a könyvben David Wallace-Wells határozott figyelmeztetést kínál az éghajlatváltozás pusztító hatásaira és a globális válság kezelésének sürgős szükségességére. A könyv tudományos kutatásokra és valós példákra támaszkodik, hogy kijózanító pillantást adjon arra a jövőre, amellyel szembe kell néznünk, ha nem teszünk lépéseket.
Kattintson a további információkért vagy a megrendeléshez
"A fák rejtett élete: mit éreznek, hogyan kommunikálnak? Felfedezések egy titkos világból"
írta Peter Wohlleben
Ebben a könyvben Peter Wohlleben a fák lenyűgöző világát és az ökoszisztémában betöltött szerepüket tárja fel. A könyv tudományos kutatásokra és Wohlleben saját, erdészként szerzett tapasztalataira támaszkodik, hogy betekintést nyújtson a fák egymással és a természeti világgal való kölcsönhatásának összetett módjaiba.
Kattintson a további információkért vagy a megrendeléshez
"A házunk lángokban áll: jelenetek egy családról és egy válságban lévő bolygóról"
Greta Thunberg, Svante Thunberg és Malena Ernman
Ebben a könyvben Greta Thunberg éghajlatvédő aktivista és családja személyes beszámolót nyújt be utazásukról, hogy felhívják a figyelmet az éghajlatváltozás elleni küzdelem sürgős szükségességére. A könyv erőteljes és megindító beszámolót nyújt az előttünk álló kihívásokról és a cselekvés szükségességéről.
Kattintson a további információkért vagy a megrendeléshez
"A hatodik kihalás: természetellenes történelem"
Írta: Kolbert Elizabeth
Ebben a könyvben Elizabeth Kolbert a fajok emberi tevékenység által okozott tömeges kihalását vizsgálja, tudományos kutatásokra és valós példákra támaszkodva, hogy kijózanító pillantást nyújtson az emberi tevékenység természeti világra gyakorolt hatására. A könyv lenyűgöző cselekvésre ösztönöz a földi élet sokféleségének védelme érdekében.
