Die stekelrige takke van 'n aapraaiselboom. Joshua Bruce Allen/Shutterstock
As jou oë al ooit gevestig was op die rangskikking van blare op 'n plantstam, die tekstuur van 'n pynappel of die skubbe van 'n pynappel, dan het jy onwetend briljante voorbeelde van wiskundige patrone in die natuur aanskou.
Wat al hierdie botaniese kenmerke saambind, is hul gedeelde eienskap om in spirale gerangskik te wees wat aan 'n numeriese volgorde genaamd die Fibonacci-ry. Hierdie spirale, waarna verwys word as Fibonacci-spirale vir eenvoud, is uiters wydverspreid in plante en het wetenskaplikes van Leonardo da Vinci tot Charles Darwin gefassineer.
Sodanig is die voorkoms van Fibonacci-spirale in plante vandag dat hulle geglo word om 'n antieke en hoogs bewaarde kenmerk, wat terugdateer na die vroegste stadiums van plantevolusie en voortduur in hul huidige vorms.
Maar ons nuwe studie daag hierdie standpunt uit. Ons het die spirale in die blare en voortplantingstrukture van 'n gefossileerde plant ondersoek wat 407 miljoen jaar terug dateer. Verbasend genoeg het ons ontdek dat al die spirale wat in hierdie spesifieke spesie waargeneem is, nie dieselfde reël gevolg het nie. Vandag volg slegs 'n paar plante nie 'n Fibonacci-patroon nie.
Holly-Anne Turner, eerste skrywer van die studie, skep digitale 3D-modelle van Asteroxylon mackiei aan die Universiteit van Edinburgh. Luisa-Marie Dickenmann/Universiteit van Edinburgh, CC BY-NC-ND
Wat is Fibonacci-spirale?
Spirale kom gereeld in die natuur voor en kan in plantblare, dieredoppe en selfs in die dubbelheliks van ons DNS gesien word. In die meeste gevalle hou hierdie spirale verband met die Fibonacci-reeks – 'n stel getalle waar elkeen die som is van die twee getalle wat dit voorafgaan (1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21 ensovoorts).
Hierdie patrone is veral wydverspreid in plante en kan selfs met die blote oog herken word. As jy 'n denneappel optel en na die basis kyk, kan jy sien die houtagtige skubbe vorm spirale wat saamvloei na die hegpunt met die tak.
Aanvanklik sal jy dalk net spirale in een rigting sien. Maar kyk mooi en jy kan beide kloksgewys en antikloksgewys spirale sien. Tel nou die aantal kloksgewys en antikloksgewys spirale, en in byna elke geval sal die aantal spirale heelgetalle in die Fibonacci-reeks wees.
Dieselfde denneappelkleur gekodeer om 8 kloksgewys en 13 antikloksgewys spirale te wys. 8 en 13 is opeenvolgende getalle in die Fibonacci-reeks. Sandy Hetherington, skrywer met dien verstande
Hierdie spesifieke geval is nie 'n uitsonderlike geval nie. In 'n bestudeer wat 6,000 97 dennebolle ontleed het, is Fibonacci-spirale in XNUMX% van die ondersoekde keëls gevind.
Fibonacci-spirale word nie net in dennebolle aangetref nie. Hulle is algemeen in ander plantorgane soos blare en blomme.
As jy na die punt van ’n blaaragtige loot kyk, soos dié van ’n aapraaiselboom, kan jy sien die blare is in spirale gerangskik wat by die punt begin en geleidelik om die stam kronkel. A bestudeer van 12,000 650 spirale van meer as 90 plantspesies het gevind dat Fibonacci-spirale in meer as XNUMX% van die gevalle voorkom.
As gevolg van hul frekwensie in lewende plantspesies, is daar lankal gedink dat Fibonacci-spirale oud was en hoogs bewaar in alle plante. Ons het probeer om hierdie hipotese te toets met 'n ondersoek na vroeë plantfossiele.
Voorbeelde van lewende plante met Fibonacci-spirale. Van links na regs: spirale in blare van 'n aapraaiselbome, 'n dennebol en in die blom van 'n seemadeliefie. Sandy Hetherington, skrywer met dien verstande
Nie-Fibonacci spiraal in vroeë plante
Ons het die rangskikking van blare en voortplantingstrukture ondersoek in die eerste groep plante waarvan bekend is dat hulle ontwikkelde blare het, genaamd klubmosse.
Ons het spesifiek plantfossiele van die uitgestorwe klubmosspesies bestudeer Asteroxylon mackiei. Die fossiele wat ons bestudeer het, word nou in museumversamelings in die VK en Duitsland gehuisves, maar is oorspronklik versamel uit die Rhynie chert – ’n fossielterrein in die noorde van Skotland.
Ons het beelde van dun skywe fossiele geneem en toe digitale rekonstruksietegnieke gebruik om die rangskikking van te visualiseer Asteroxylon mackiei's blare in 3D en kwantifiseer die spirale.
Op grond van hierdie ontleding het ons ontdek dat blaarrangskikking hoogs veranderlik was Asteroxylon mackiei. Trouens, nie-Fibonacci spirale was die mees algemene rangskikking. Die ontdekking van nie-Fibonacci-spirale in so 'n vroeë fossiel is verbasend aangesien dit vandag baie skaars is in lewende plantspesies.
Lewensrekonstruksie van fossiel Asteroxylon mackiei. Matt Humpage/Northern Rogue Studios, CC BY-NC-ND
Afsonderlike evolusionêre geskiedenis
Hierdie bevindinge verander ons begrip van Fibonacci-spirale in landplante. Hulle stel voor dat nie-Fibonacci-spirale oud was in klubmosse, wat die siening omverwerp dat alle blaarplante begin het om blare te laat groei wat die Fibonacci-patroon gevolg het.
Verder dui dit daarop dat blaar-evolusie en Fibonacci-spirale in klubmosse 'n evolusionêre geskiedenis gehad het wat verskil van ander groepe lewende plante vandag, soos varings, konifere en blomplante. Dit dui daarop dat Fibonacci-spirale verskeie kere afsonderlik deur plant-evolusie na vore gekom het.
Die werk voeg ook nog 'n stukkie by die legkaart van 'n groot evolusionêre vraag - hoekom is Fibonacci-spirale vandag so algemeen in plante?
Hierdie vraag genereer steeds debat onder wetenskaplikes. Verskeie hipoteses is voorgestel, insluitend om maksimeer die hoeveelheid lig wat elke blaar ontvang of aan pak sade doeltreffend. Maar ons bevindings beklemtoon hoe insigte van fossiele en plante soos klubmosse belangrike leidrade kan verskaf om 'n antwoord te vind.
Oor Die Skrywer
Sandy Hetherington, Plant Evolusionêre Bioloog, Die Universiteit van Edinburgh en Holly-Anne Turner, PhD-kandidaat, Paleo-plantkunde, Universiteitskollege Cork
Hierdie artikel is gepubliseer vanaf Die gesprek onder 'n Creative Commons lisensie. Lees die oorspronklike artikel.
Boeke oor die omgewing van Amazon se lys met topverkopers
"Stille lente"
deur Rachel Carson
Hierdie klassieke boek is 'n landmerk in die geskiedenis van omgewingsbewustheid en vestig die aandag op die skadelike uitwerking van plaagdoders en hul impak op die natuurlike wêreld. Carson se werk het gehelp om die moderne omgewingsbeweging te inspireer en bly vandag relevant, aangesien ons aanhou worstel met die uitdagings van omgewingsgesondheid.
Klik vir meer inligting of om te bestel
"Die onbewoonbare aarde: lewe na opwarming"
deur David Wallace-Wells
In hierdie boek bied David Wallace-Wells 'n skerp waarskuwing oor die verwoestende gevolge van klimaatsverandering en die dringende behoefte om hierdie wêreldkrisis aan te spreek. Die boek maak gebruik van wetenskaplike navorsing en werklike voorbeelde om 'n ontnugterende blik te gee op die toekoms wat ons in die gesig staar as ons versuim om op te tree.
Klik vir meer inligting of om te bestel
"Die verborge lewe van bome: wat hulle voel, hoe hulle kommunikeer? Ontdekkings uit 'n geheime wêreld"
deur Peter Wohlleben
In hierdie boek verken Peter Wohlleben die fassinerende wêreld van bome en hul rol in die ekosisteem. Die boek steun op wetenskaplike navorsing en Wohlleben se eie ervarings as bosbouer om insigte te bied oor die komplekse maniere waarop bome met mekaar en die natuurlike wêreld omgaan.
Klik vir meer inligting of om te bestel
"Ons huis is aan die brand: tonele van 'n gesin en 'n planeet in krisis"
deur Greta Thunberg, Svante Thunberg en Malena Ernman
In hierdie boek bied klimaataktivis Greta Thunberg en haar gesin 'n persoonlike weergawe van hul reis om bewustheid te verhoog oor die dringende behoefte om klimaatsverandering aan te spreek. Die boek bied 'n kragtige en roerende weergawe van die uitdagings wat ons in die gesig staar en die behoefte aan aksie.
Klik vir meer inligting of om te bestel
"Die sesde uitsterwing: 'n onnatuurlike geskiedenis"
deur Elizabeth Kolbert
In hierdie boek ondersoek Elizabeth Kolbert die voortdurende massa-uitwissing van spesies wat deur menslike aktiwiteite veroorsaak word, met behulp van wetenskaplike navorsing en werklike voorbeelde om 'n ontnugterende blik op die impak van menslike aktiwiteit op die natuurlike wêreld te gee. Die boek bied 'n dwingende oproep tot aksie om die diversiteit van lewe op aarde te beskerm.
