400 miljoen jaar oud fossiel zet ons begrip van de Fibonacci-spiralen in de natuur op zijn kop: ScienceAlert

Als uw aandacht ooit is getrokken naar de rangschikking van bladeren op een plantenstengel, de textuur van een ananas of de schil van een dennenappel, dan bent u onbedoeld getuige geweest van mooie voorbeelden van wiskundige patronen in de natuur.

Wat al deze plantkenmerken samenbindt, is hun gemeenschappelijke kenmerk dat ze gerangschikt zijn in spiralen die vasthouden aan een numerieke reeks genaamd Fibonacci-reeks.

Omwille van de eenvoud Fibonacci-spiralen genoemd, deze spiralen zijn alomtegenwoordig in planten en hebben wetenschappers gefascineerd van Leonardo da Vinci tot Charles Darwin.

Dit is de prevalentie van Fibonacci-spiralen in planten tegenwoordig en wordt verondersteld te vertegenwoordigen Een heel oud en gereserveerd kenmerkdaterend uit de vroegste stadia van plantontwikkeling en voortzetting in zijn huidige vormen.

We hebben echter Nieuwe studie daagt dit standpunt uit. We onderzochten de spiralen in de bladeren en de voortplantingsstructuur van een gefossiliseerde plant die 407 miljoen jaar oud is.

Verrassend genoeg ontdekten we dat niet alle spiralen die bij deze specifieke soort werden waargenomen, dezelfde regel volgden. Tegenwoordig volgen maar heel weinig planten het Fibonacci-patroon niet.

Wat zijn Fibonacci-spiralen?

Spiralen komen vaak voor in de natuur en zijn te zien in bladeren van planten, dierenschelpen en zelfs in de dubbele helix van ons DNA. In de meeste gevallen worden deze spiralen geassocieerd met de Fibonacci-reeks – een reeks getallen waarbij elk de som is van de twee getallen die eraan voorafgaan (1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, enzovoort).

Deze patronen komen vooral voor bij planten en kunnen met het blote oog worden geïdentificeerd. Als je een dennenappel oppakt en naar de basis kijkt, zie je de houtachtige schubben spiralen vormen die samenkomen naar het punt van bevestiging aan de tak.

In het begin kun je spiralen maar in één richting zien. Maar als je goed kijkt, zie je beide spiralen met de klok mee en tegen de klok in. Tel nu het aantal spiralen met de klok mee en tegen de klok in, en in bijna alle gevallen zal het aantal spiralen gehele getallen zijn in de Fibonacci-reeks.

Dit specifieke geval is geen uitzonderlijk geval. in Stady die 6.000 dennenappels analyseerde, werden Fibonacci-spiralen gevonden in 97 procent van de onderzochte kegels.

Fibonacci-spiralen bestaan ​​niet alleen in dennenappels. Ze komen veel voor in andere plantenorganen zoals bladeren en bloemen.

Als je naar de punt van een lommerrijk blad kijkt, zoals dat van een apenpuzzelboom, kun je zien dat de bladeren in spiralen zijn gerangschikt, beginnend bij de punt en geleidelijk rond de stengel kronkelend. A Stady Van de 12.000 spiralen van meer dan 650 plantensoorten bleken Fibonacci-spiralen in meer dan 90 procent van de gevallen voor te komen.

Vanwege hun frequentie in levende plantensoorten, werd lang aangenomen dat Fibonacci-spiralen oud waren en sterk geconserveerd in alle planten. We wilden deze hypothese testen door vroege plantenfossielen te onderzoeken.

Niet-Fibonacci spiralen in vroege planten

We onderzochten bladschikking en voortplanting in de eerste groep planten waarvan bekend is dat ze bladeren hebben ontwikkeld, genaamd Algen Club.

Concreet bestudeerden we de plantenfossielen van uitgestorven algensoorten Astroxylon maki. De fossielen die we hebben bestudeerd, bevinden zich nu in museumcollecties in het Verenigd Koninkrijk en Duitsland, maar zijn oorspronkelijk verzameld uit Rainey Chert Fossiele vindplaats in Noord-Schotland.

We namen foto’s van dunne plakjes van de fossielen en gebruikten vervolgens digitale reconstructietechnieken om een ​​arrangement te visualiseren A. MakyiBladeren in 3D en slakken identificeren.

Op basis van deze analyse ontdekten we dat de bladschikking zeer variabel was A. Makyi. In feite waren niet-Fibonacci-spiralen de meest voorkomende opstelling. De ontdekking van niet-Fibonacci-spiralen in zulke vroege fossielen is verrassend omdat ze zo zeldzaam zijn in plantensoorten die tegenwoordig leven.

Onderscheidende evolutionaire geschiedenis

Deze bevindingen veranderen ons begrip van Fibonacci-spiralen in terrestrische planten. Ze suggereren dat niet-Fibonacci-spiralen oud waren in mossen, waardoor de opvatting dat alle bladplanten bladeren begonnen te groeien die het Fibonacci-patroon volgden, teniet werd gedaan.

Bovendien geeft het aan dat de evolutie van bladeren en Fibonacci-spiralen in knotsmossen een evolutionaire geschiedenis had die verschilt van andere groepen planten die tegenwoordig leven, zoals varens, coniferen en bloeiende planten. Er wordt gesuggereerd dat Fibonacci-spiralen verschillende keren afzonderlijk verschenen tijdens de evolutie van de plant.

Het werk voegt ook nog een stukje toe aan de puzzel van een belangrijke evolutionaire vraag: waarom zijn Fibonacci-spiralen tegenwoordig zo gewoon in planten?

Deze vraag veroorzaakt nog steeds controverse onder geleerden. Er zijn verschillende hypothesen voorgesteld, incl Maximaliseer de hoeveelheid licht dat elk papier dat u ontvangt of Verpak de zaden efficiënt. Maar onze bevindingen benadrukken hoe inzichten uit fossielen en planten zoals algen essentiële aanwijzingen kunnen geven bij het vinden van een antwoord.

Sandy Hetheringtonplanten evolutiebioloog, Universiteit van Edinburgh En Holly-Ann TurnerPromovendus, Paleontologie, Hogeschool Cork

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanaf Gesprek Onder Creative Commons-licentie. Lees de Het originele artikel.