De nieuwe bevindingen vernietigen langgekoesterde overtuigingen over Fibonacci-spiralen

Een 3D-model van een 407 miljoen jaar oud plantenfossiel heeft ons begrip van de bladevolutie opnieuw vorm gegeven. Deze studie bood ook nieuwe perspectieven op de opmerkelijke patronen die in planten worden waargenomen.

De bladindelingen van vroege planten verschillen van die van veel hedendaagse planten, wat volgens recente studies de populaire opvattingen over het begin van het beroemde wiskundige patroon dat in de natuur wordt waargenomen, uitdaagt. De resultaten suggereren dat de typische spiraalvormige bladconfiguraties die we nu in de natuur zien, niet voorkwamen in de eerste landplanten die voor het eerst op onze planeet verschenen.

In plaats daarvan ontdekte hij dat oude planten een ander type slak hadden. Dit ontkracht een oudere theorie over de evolutie van bladspiralen van planten, wat suggereert dat ze langs twee afzonderlijke evolutionaire paden zijn geëvolueerd. Of het nu de enorme draaikolk van een tornado is of de complexe spiralen van een tornado DNA Dubbele helixspiralen komen veel voor in de natuur en de meeste kunnen worden beschreven met de beroemde wiskundige reeks van Fibonacci.

Deze reeks, vernoemd naar de Italiaanse wiskundige Leonardo Fibonacci, vormt de basis voor veel van de meest efficiënte en indrukwekkende patronen van de natuur. Spiralen komen veel voor in planten, waarbij Fibonacci-spiralen meer dan 90% van de spiralen uitmaken. Zonnebloemhoofdjes, dennenappels, ananassen en sappige kamerplanten hebben deze kenmerkende spiralen in hun bloembladen, bladeren of zaden.

3D-geprinte fossiele stengels geplaatst naast levende cochenilleplanten. krediet: dr. Sandy Hetherington

Waarom Fibonacci-spiralen, ook wel bekend als de geheime code van de natuur, zo vaak voorkomen in planten, heeft wetenschappers eeuwenlang in verwarring gebracht, maar hun evolutionaire oorsprong is grotendeels over het hoofd gezien.

Op basis van hun wijdverspreide verspreiding werd lang aangenomen dat Fibonacci-spiralen een oud kenmerk waren dat zich ontwikkelde in de eerste landplanten en in hoge mate geconserveerd werd in planten. Een internationaal team onder leiding van de Universiteit van Edinburgh heeft deze theorie echter verdreven met de ontdekking van niet-Fibonacci-spiralen in een 407 miljoen jaar oud plantenfossiel.

Met behulp van digitale reconstructietechnieken produceerden de onderzoekers de eerste 3D-modellen van bladknoppen in een fossiele bryofyt Astroxylon maki – Een lid van de oudste groep bladplanten.

Het uitzonderlijk goed bewaarde fossiel werd gevonden op de beroemde fossielenlocatie Rhynie Chert, een Schotse sedimentaire afzetting nabij het dorp Rhynie in Aberdeenshire. De vindplaats bevat bewijsmateriaal van enkele van de oudste ecosystemen van de planeet – toen de planten zich voor het eerst ontwikkelden en geleidelijk het rotsachtige oppervlak van de aarde begonnen te bedekken, waardoor het bewoonbaar werd.

De resultaten toonden aan dat bladeren en voortplantingsstructuren in… Astroxylon makiwerden gewoonlijk gerangschikt in niet-Fibonacci-spiralen en zijn tegenwoordig zeldzaam in planten.

Dit verandert het begrip van wetenschappers over Fibonacci-spiralen in landplanten. Dit suggereert dat niet-Fibonacci-spiralen veel voorkwamen in oude algen en dat de evolutie van bladspiralen in twee afzonderlijke paden uiteenliep. De oude bladmossen hadden een evolutionaire geschiedenis die heel anders was dan die van andere grote groepen planten van vandaag, zoals varens, coniferen en bloeiende planten.

Spiraalvormig gerangschikte bladeren zijn te herkennen aan de punt van de fossiele scheuten Astroxylon Maki. Fossiele dunne doorsnede nummer GLAHM Kid 2554 in The Hunterian Collections, Universiteit van Glasgow. Krediet: foto door Sandy Hetherington. Specimennummer GLAHM Kid 2554 in The Hunterian Collections, Universiteit van Glasgow

Het team heeft een 3D-model gemaakt van Astroxylon MakiDie meer dan 400 miljoen jaar geleden uitstierf door samen te werken met digitale kunstenaar Matt Hombag, met behulp van digitale weergave en 3D-printen.

Bij het onderzoek waren ook onderzoekers betrokken van University College Cork, Ierland, de Universiteit van Münster, Duitsland, en Northern Rouge Studios, VK.

Dr. Sandy Hetherington, evolutionair paleontoloog en projectleider aan de Universiteit van Edinburgh, zei: “Ons model van Asteroxylon makiei stelt ons in staat om voor het eerst de 3D-rangschikking van bladeren te onderzoeken. “De technologie van het 3D-printen van 407 miljoen jaar oude planten fossielen vinden en ze in je hand houden is ongelooflijk.” Onze bevindingen geven inderdaad een nieuw perspectief op de evolutie van Fibonacci-spiralen in planten.

Holly-Anne Turner, die als student aan het project aan de Universiteit van Edinburgh werkte en eerste auteur van het onderzoek, zei: “De mosplant Astroxylon Maki Het is een van de oudste voorbeelden van planten met bladeren in het fossielenbestand. Met behulp van deze reconstructies konden we individuele spiralen van bladeren rond de stengels van deze 407 miljoen jaar oude fossiele planten traceren. Onze analyse van de bladindeling in Asteroxylon laat zien dat zeer vroege algen niet-Fibonacci-spiraalpatronen ontwikkelden.

Referentie: “Bladeren en sporocysten evolueerden in zeldzame niet-Fibonacci-spiralen in vroege bladplanten” door Holly Ann Turner, Matthew Hombag, Hans Kirp en Alexander J. Hetherington, 15 juni 2023, hier beschikbaar. Wetenschappen.
doi: 10.1126/science.adg4014

De studie werd gefinancierd door UK Research and Innovation (UKRI), de Royal Society en de German Research Foundation.