400 miliónov rokov stará fosília vykoľajuje naše chápanie Fibonacciho špirály v prírode

Ak vaše oko niekedy upútalo usporiadanie listov na stonke rastliny, štruktúra ananásu alebo šupiny šišky, nevedomky ste videli nádherné príklady matematických vzorov v prírode.

Všetky tieto botanické vlastnosti spája ich spoločná vlastnosť, že sú usporiadané do špirál, ktoré sledujú číselnú postupnosť tzv. Fibonacciho sekvencia,

Tieto špirály, pre jednoduchosť označované ako Fibonacciho špirály, sú v rastlinách mimoriadne rozšírené a zaujali vedcov od Leonarda da Vinciho až po Charlesa Darwina.

Fibonacciho špirály sú dnes v rastlinách také rozšírené, že sa predpokladá, že predstavujú a Starobylé a vysoko chránené zariadeniesiahajú do najskorších štádií evolúcie rastlín a pretrvávajú vo svojich súčasných formách.

Avšak náš nové štúdium spochybňuje tento názor. Preskúmali sme špirály v listoch a reprodukčné štruktúry fosílnej rastliny starej 407 miliónov rokov.

Prekvapivo sme zistili, že nie všetky špirály pozorované u tohto konkrétneho druhu sa riadia týmto pravidlom. Dnes len veľmi málo rastlín nesleduje Fibonacciho vzory.

Čo sú Fibonacciho špirály?

Špirály sa v prírode vyskytujú často a možno ich vidieť v listoch rastlín, schránkach zvierat a dokonca aj v dvojitej špirále našej DNA. Vo väčšine prípadov tieto špirály súvisia s Fibonacciho postupnosťou – množinou čísel, kde každé je súčtom dvoch čísel (1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21 atď.).

Tieto vzory sú rozšírené najmä u rastlín a dajú sa rozpoznať aj voľným okom. Ak zoberiete šišku a pozriete sa na základňu, môžete vidieť drevené šupiny vo forme špirál, ktoré sa zbiehajú smerom k bodu pripojenia k vetve.

Najprv môžete vidieť špirálu iba jedným smerom. Ale pozrite sa pozorne a uvidíte špirály v smere aj proti smeru hodinových ručičiek. Teraz spočítajte počet špirál v smere a proti smeru hodinových ručičiek a takmer v každom prípade bude počet špirál vo Fibonacciho postupnosti celé číslo.

Tento konkrétny príklad nie je výnimočný prípad. jeden v Štúdium ktorí analyzovali 6000 šišiek, Fibonacciho špirály sa našli v 97 percentách skúmaných šišiek.

Fibonacciho špirály sa nenachádzajú len v šiškách. Sú bežné v iných častiach rastlín, ako sú listy a kvety.

Ak sa pozriete na špičku listovej vetvičky, napríklad stromu opičieho puzzle, môžete vidieť, že listy sú usporiadané do špirál, ktoré začínajú na špičke a postupne sa ovíjajú okolo stonky. A Štúdium Z 12 000 špirál nájdených vo viac ako 650 rastlinných druhoch sa Fibonacciho špirály vyskytujú vo viac ako 90 percentách prípadov.

Kvôli ich frekvencii v živých rastlinných druhoch sa dlho predpokladalo, že Fibonacciho špirály boli staré a vysoko konzervované vo všetkých rastlinách. Rozhodli sme sa otestovať túto hypotézu skúmaním fosílií skorých rastlín.

Ne-Fibonacciho špirála v skorých rastlinách

Preskúmali sme usporiadanie listov a reprodukčné štruktúry v prvej skupine rastlín, známej ako vyvinuté listy clubmoss,

Konkrétne sme študovali rastlinné fosílie z vyhynutých druhov machov asteroxylon mackie, Fosílie, ktoré sme študovali, sa teraz nachádzajú v zbierkach múzeí v Británii a Nemecku, ale pôvodne boli zhromaždené z Británie Rainey Chert – nálezisko fosílií v severnom Škótsku.

Fotografovali sme tenké plátky fosílií a potom sme použili digitálne rekonštrukčné techniky na vizualizáciu ich usporiadania mackeyNastavuje množstvo listov a špirál v 3D.

Na základe tejto analýzy sme zistili, že usporiadanie listov bolo veľmi variabilné mackey, V skutočnosti bola neFibonacciho špirála najbežnejším usporiadaním. Objav ne-Fibonacciho špirál v takejto ranej fosílii je prekvapivý, pretože sú veľmi zriedkavé u dnes žijúcich rastlinných druhov.

špecifická evolučná história

Tieto zistenia menia naše chápanie Fibonacciho špirál v suchozemských rastlinách. Naznačujú, že špirály, ktoré nie sú Fibonacciho, boli starodávne v klubových myšiach, čím sa vyvrátila myšlienka, že na všetkých listnatých rastlinách začali rásť listy podľa Fibonacciho vzorov.

Okrem toho to naznačuje, že machovky mali evolučnú históriu vývoja listov a Fibonacciho špirály, ktorá sa líši od iných skupín dnes žijúcich rastlín, ako sú paprade, ihličnany a kvitnúce rastliny. To naznačuje, že Fibonacciho špirála vznikla v rôznych časoch počas evolúcie rastlín.

Práca tiež pridáva ďalší kúsok do skladačky kľúčovej evolučnej otázky – prečo sú dnes Fibonacciho špirály také bežné v rastlinách?

O tejto otázke sa medzi vedcami stále diskutuje. Boli navrhnuté rôzne hypotézy, napr maximalizovať množstvo svetla že každý list dostane alebo do efektívne baliť semená, Naše zistenia však zdôrazňujú, ako môžu poznatky z fosílií a rastlín, ako je palina, poskytnúť dôležité vodítka pri hľadaní odpovede.

Sandy HetheringtonRastlinný evolučný biológ, University of Edinburgh A Holly-Anne Turnerovákandidát PhD, paleobotanika, University College Cork

Tento článok je znovu publikovaný z Konverzácia Pod licenciou Creative Commons. čítať pôvodný článok,