Apinan pulmapuun piikkiset oksat. Joshua Bruce Allen/Shutterstock
Jos silmäsi ovat koskaan vetäneet kasvin varren lehtien sijoittelua, ananaksen rakennetta tai käpyn suomuja, olet tietämättäsi nähnyt loistavia esimerkkejä luonnon matemaattisista kuvioista.
Kaikki nämä kasvitieteelliset ominaisuudet yhdistävät niiden yhteinen ominaisuus, että ne on järjestetty spiraaleihin, jotka kiinnittyvät numeeriseen järjestykseen nimeltä Fibonacci-sekvenssi. Nämä spiraalit, joita kutsutaan yksinkertaisuuden vuoksi Fibonacci-spiraaleiksi, ovat erittäin yleisiä kasveissa ja ovat kiehtoneet tutkijoita Leonardo da Vincistä Charles Darwiniin.
Fibonacci-spiraalien yleisyys kasveissa on nykyään sellainen, että niiden uskotaan edustavan vanha ja hyvin säilynyt ominaisuus, jotka juontavat juurensa kasvien evoluution varhaisimpiin vaiheisiin ja säilyvät nykymuodossaan.
Kuitenkin meidän uusi tutkimus haastaa tämän näkökulman. Tutkimme 407 miljoonan vuoden takaa kivettyneen kasvin lehtien ja lisääntymisrakenteiden spiraaleja. Yllättäen havaitsimme, että kaikki tässä lajissa havaitut spiraalit eivät noudattaneet tätä samaa sääntöä. Nykyään vain harvat kasvit eivät noudata Fibonacci-kuviota.
Holly-Anne Turner, tutkimuksen ensimmäinen kirjoittaja, joka loi digitaalisia 3D-malleja Asteroxylon mackieista Edinburghin yliopistossa. Luisa-Marie Dickenmann / Edinburghin yliopisto, CC BY-NC-ND
Mitä ovat Fibonacci-spiraalit?
Spiraaleja esiintyy usein luonnossa, ja niitä voidaan nähdä kasvien lehdissä, eläinten kuorissa ja jopa DNA:mme kaksoiskierteessä. Useimmissa tapauksissa nämä spiraalit liittyvät Fibonacci-sarjaan - numerosarjaan, jossa kukin on kahden sitä edeltävän luvun summa (1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21 ja niin edelleen).
Nämä kuviot ovat erityisen yleisiä kasveissa ja ne voidaan tunnistaa jopa paljaalla silmällä. Jos otat käpyn ja katsot tyvestä, näet puumaisten suomujen muodostavan spiraaleja, jotka yhtyvät kohti kiinnityskohtaa oksan kanssa.
Aluksi voit havaita spiraaleja vain yhteen suuntaan. Mutta katso tarkasti, niin näet sekä myötä- että vastapäivään spiraalit. Laske nyt myötä- ja vastapäivään kiertävien spiraalien lukumäärä, ja melkein joka tapauksessa spiraalien lukumäärä on Fibonacci-sekvenssin kokonaislukuja.
Sama käpyväri, joka on koodattu näyttämään 8 myötäpäivään ja 13 vastapäivään spiraalia. 8 ja 13 ovat Fibonacci-sarjan peräkkäisiä numeroita. Sandy Hetherington, Tekijä toimitti
Tämä erityinen tapaus ei ole poikkeustapaus. Jonkin sisällä opiskella joka analysoi 6,000 käpyä, Fibonacci-spiraaleja löydettiin 97 %:sta tutkituista käpyistä.
Fibonacci-spiraaleja ei löydy vain käpyistä. Ne ovat yleisiä muissa kasvien elimissä, kuten lehdissä ja kukissa.
Jos katsot vehreän verson, kuten apinapulmapuun, kärkeä, näet, että lehdet ovat spiraaleina, jotka alkavat kärjestä ja kiertyvät vähitellen varren ympäri. A opiskella 12,000 650 spiraalista yli 90 kasvilajista havaittiin, että Fibonacci-spiraaleja esiintyy yli XNUMX prosentissa tapauksista.
Koska Fibonacci-spiraalit ovat yleisiä elävissä kasvilajeissa, on pitkään ajateltu, että Fibonacci-spiraalit olivat ikivanhoja ja hyvin säilyneitä kaikissa kasveissa. Päätimme testata tätä hypoteesia tutkimalla varhaisia kasvien fossiileja.
Esimerkkejä elävistä kasveista, joissa on Fibonacci-spiraaleja. Vasemmalta oikealle: spiraaleja apinapulmapuiden lehdissä, männynkäpyssä ja merenrannan päivänkakkaran kukassa. Sandy Hetherington, Tekijä toimitti
Ei-Fibonacci-spiraalit varhaisissa kasveissa
Tutkimme lehtien järjestystä ja lisääntymisrakenteita ensimmäisessä kasviryhmässä, jolle tiedetään kehittyneen lehtiä, ns kerhosammaleet.
Erityisesti tutkimme sukupuuttoon kuolleiden sammallajin kasvifossiileja Asteroxylon mackiei. Tutkimamme fossiilit ovat nykyään museokokoelmissa Isossa-Britanniassa ja Saksassa, mutta ne kerättiin alun perin Rhynie chert – fossiilipaikka Pohjois-Skotlannissa.
Otimme kuvia ohuista fossiiliviipaleista ja käytimme sitten digitaalisia rekonstruktiotekniikoita visualisoidaksemme niiden sijoittelua. Asteroxylon mackie's lehdet 3D:ssä ja kvantifioi spiraalit.
Tämän analyysin perusteella havaitsimme, että lehtien järjestely oli erittäin vaihteleva Asteroxylon mackiei. Itse asiassa ei-Fibonacci-spiraalit olivat yleisin järjestely. Ei-Fibonacci-spiraalien löytäminen näin varhaisesta fossiilista on yllättävää, koska ne ovat erittäin harvinaisia elävissä kasvilajeissa nykyään.
Fossiilisen Asteroxylon mackiein elämän rekonstruktio. Matt Humpage / Northern Rogue Studios, CC BY-NC-ND
Selkeä evoluutiohistoria
Nämä havainnot muuttavat käsitystämme Fibonacci-spiraaleista maakasveissa. He ehdottavat, että ei-Fibonacci-spiraalit olivat ikivanhoja sammalissa, mikä kumoaa näkemyksen, jonka mukaan kaikki lehtikasvit alkoivat kasvattaa lehtiä, jotka seurasivat Fibonacci-mallia.
Lisäksi se viittaa siihen, että lehtien evoluutiolla ja Fibonacci-spiraaleilla sammalissa oli evoluutiohistoria, joka eroaa muista nykyään elävistä kasviryhmistä, kuten saniaisista, havupuista ja kukkivista kasveista. Se viittaa siihen, että Fibonacci-spiraalit syntyivät erikseen useita kertoja kasvien evoluution aikana.
Teos lisää myös yhden palapelin suureen evoluutiokysymykseen – miksi Fibonacci-spiraalit ovat niin yleisiä kasveissa nykyään?
Tämä kysymys herättää edelleen keskustelua tutkijoiden keskuudessa. Erilaisia hypoteeseja on esitetty, mukaan lukien maksimoida valon määrä jonka jokainen lehti saa tai vastaanottaa pakkaa siemenet tehokkaasti. Mutta löydömme korostavat, kuinka fossiileista ja kasveista, kuten sammalista, saadut oivallukset voivat tarjota tärkeitä vihjeitä vastauksen löytämiseen.
Author
Sandy Hetherington, Kasvien evoluutiobiologi, Edinburghin yliopisto ja Holly-Anne Turner, tohtorintutkinto, paleobotiikka, University College Cork
Tämä artikkeli julkaistaan uudelleen Conversation Creative Commons -lisenssin alla. Lue alkuperäinen artikkeli.
Ympäristöä käsitteleviä kirjoja Amazonin bestseller-luettelosta
"Hiljainen kevät"
Kirjailija: Rachel Carson
Tämä klassikkokirja on maamerkki ympäristönsuojelun historiassa, ja se kiinnittää huomion torjunta-aineiden haitallisiin vaikutuksiin ja niiden vaikutuksiin luontoon. Carsonin työ auttoi inspiroimaan modernia ympäristöliikettä ja on edelleen ajankohtainen, kun jatkamme kamppailua ympäristöterveyden haasteiden kanssa.
Klikkaa saadaksesi lisätietoja tai tilataksesi
Asuinkelvoton maa: Elämä lämpenemisen jälkeen
kirjoittanut David Wallace-Wells
Tässä kirjassa David Wallace-Wells antaa jyrkän varoituksen ilmastonmuutoksen tuhoisista vaikutuksista ja kiireellisestä tarpeesta puuttua tähän maailmanlaajuiseen kriisiin. Kirja pohjautuu tieteelliseen tutkimukseen ja tosielämän esimerkkeihin antaakseen raittiin näkemyksen tulevaisuuteen, jonka kohtaamme, jos emme ryhdy toimiin.
Klikkaa saadaksesi lisätietoja tai tilataksesi
"Puiden piilotettu elämä: mitä he tuntevat, miten he kommunikoivat? Löytöjä salaisesta maailmasta"
Kirjailija: Peter Wohlleben
Tässä kirjassa Peter Wohlleben tutkii puiden kiehtovaa maailmaa ja niiden roolia ekosysteemissä. Kirja pohjautuu tieteelliseen tutkimukseen ja Wohllebenin omiin kokemuksiin metsänhoitajana ja tarjoaa oivalluksia monimutkaisiin tavoihin, joilla puut ovat vuorovaikutuksessa keskenään ja luonnon kanssa.
Klikkaa saadaksesi lisätietoja tai tilataksesi
"Talomme on tulessa: kohtauksia perheestä ja planeetalta kriisissä"
Greta Thunberg, Svante Thunberg ja Malena Ernman
Tässä kirjassa ilmastoaktivisti Greta Thunberg ja hänen perheensä tarjoavat henkilökohtaisen selostuksen matkastaan lisätäkseen tietoisuutta ilmastonmuutoksen kiireellisestä tarpeesta. Kirja tarjoaa voimakkaan ja liikuttavan selostuksen kohtaamistamme haasteista ja toiminnan tarpeesta.
Klikkaa saadaksesi lisätietoja tai tilataksesi
"Kuudes sukupuutto: luonnoton historia"
esittäjä (t): Elizabeth Kolbert
Tässä kirjassa Elizabeth Kolbert tutkii meneillään olevaa ihmisen toiminnan aiheuttamaa lajien massasukupuuttoa hyödyntäen tieteellistä tutkimusta ja todellisia esimerkkejä tarjotakseen raikastavan kuvan ihmisen toiminnan vaikutuksista luontoon. Kirja tarjoaa pakottavan toimintakehotuksen maapallon elämän monimuotoisuuden suojelemiseksi.
