Τα αιχμηρά κλαδιά ενός δέντρου παζλ μαϊμού. Joshua Bruce Allen/Shutterstock
Εάν τα μάτια σας έχουν τραβήξει ποτέ τη διάταξη των φύλλων σε ένα στέλεχος φυτού, την υφή ενός ανανά ή τα λέπια ενός κουκουνιού, τότε έχετε δει εν αγνοία σας λαμπρά παραδείγματα μαθηματικών προτύπων στη φύση.
Αυτό που συνδέει όλα αυτά τα βοτανικά χαρακτηριστικά μεταξύ τους είναι το κοινό χαρακτηριστικό τους ότι είναι διατεταγμένες σε σπείρες που προσκολλώνται σε μια αριθμητική ακολουθία που ονομάζεται Ακολουθία Fibonacci. Αυτές οι σπείρες, που αναφέρονται ως σπείρες Fibonacci για απλότητα, είναι εξαιρετικά διαδεδομένες στα φυτά και έχουν συναρπάσει επιστήμονες από τον Λεονάρντο ντα Βίντσι έως τον Κάρολο Δαρβίνο.
Είναι τέτοια η επικράτηση των σπειρών Fibonacci στα φυτά σήμερα που πιστεύεται ότι αντιπροσωπεύουν ένα αρχαίο και εξαιρετικά διατηρημένο χαρακτηριστικό, που χρονολογούνται από τα πρώτα στάδια της εξέλιξης των φυτών και παραμένουν στις σημερινές τους μορφές.
Ωστόσο, μας νέα μελέτη αμφισβητεί αυτή την άποψη. Εξετάσαμε τις σπείρες στα φύλλα και τις αναπαραγωγικές δομές ενός απολιθωμένου φυτού που χρονολογείται πριν από 407 εκατομμύρια χρόνια. Παραδόξως, ανακαλύψαμε ότι όλες οι σπείρες που παρατηρήθηκαν σε αυτό το συγκεκριμένο είδος δεν ακολουθούσαν τον ίδιο κανόνα. Σήμερα, μόνο λίγα φυτά δεν ακολουθούν ένα μοτίβο Fibonacci.
Η Holly-Anne Turner, η πρώτη συγγραφέας της μελέτης, δημιουργώντας ψηφιακά τρισδιάστατα μοντέλα του Asteroxylon mackiei στο Πανεπιστήμιο του Εδιμβούργου. Luisa-Marie Dickenmann/Πανεπιστήμιο του Εδιμβούργου, CC BY-NC-ND
Τι είναι οι σπείρες Fibonacci;
Οι σπείρες εμφανίζονται συχνά στη φύση και μπορούν να παρατηρηθούν στα φύλλα φυτών, στα κελύφη των ζώων ακόμα και στη διπλή έλικα του DNA μας. Στις περισσότερες περιπτώσεις, αυτές οι σπείρες σχετίζονται με την ακολουθία Fibonacci – ένα σύνολο αριθμών όπου ο καθένας είναι το άθροισμα των δύο αριθμών που προηγούνται (1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21 και ούτω καθεξής).
Αυτά τα σχέδια είναι ιδιαίτερα διαδεδομένα στα φυτά και μπορούν να αναγνωριστούν ακόμη και με γυμνό μάτι. Αν σηκώσετε ένα κουκουνάρι και κοιτάξετε τη βάση, μπορείτε να δείτε τα ξυλώδη λέπια να σχηματίζουν σπείρες που συγκλίνουν προς το σημείο προσάρτησης με το κλαδί.
Στην αρχή, μπορείτε να εντοπίσετε σπείρες μόνο προς μία κατεύθυνση. Αλλά κοιτάξτε προσεκτικά και μπορείτε να δείτε και δεξιόστροφα και αριστερόστροφα σπείρες. Τώρα μετρήστε τον αριθμό των δεξιόστροφων και αριστερόστροφων σπειρών και σχεδόν σε κάθε περίπτωση ο αριθμός των σπειρών θα είναι ακέραιοι στην ακολουθία Fibonacci.
Το ίδιο χρώμα κουκουνάρι κωδικοποιείται για να δείχνει 8 δεξιόστροφα και 13 αριστερόστροφα σπείρες. Το 8 και το 13 είναι διαδοχικοί αριθμοί στη σειρά Fibonacci. Sandy Hetherington, Συγγραφέας παρέχεται
Η συγκεκριμένη περίπτωση δεν αποτελεί εξαιρετική περίπτωση. Σε ένα μελέτη που ανέλυσε 6,000 κουκουνάρια, σπείρες Fibonacci βρέθηκαν στο 97% των εξετασθέντων κώνων.
Οι σπείρες Fibonacci δεν βρίσκονται μόνο σε κουκουνάρια. Είναι κοινά σε άλλα φυτικά όργανα όπως τα φύλλα και τα άνθη.
Αν κοιτάξετε την άκρη ενός φυλλώδους βλαστού, όπως αυτή ενός δέντρου παζλ μαϊμού, μπορείτε να δείτε τα φύλλα να είναι διατεταγμένα σε σπείρες που ξεκινούν από την άκρη και σταδιακά περιστρέφονται γύρω από το στέλεχος. ΕΝΑ μελέτη από 12,000 σπείρες από περισσότερα από 650 είδη φυτών διαπιστώθηκε ότι οι σπείρες Fibonacci εμφανίζονται σε πάνω από το 90% των περιπτώσεων.
Λόγω της συχνότητάς τους σε ζωντανά είδη φυτών, από καιρό πιστεύεται ότι οι σπείρες Fibonacci ήταν αρχαίες και εξαιρετικά διατηρημένες σε όλα τα φυτά. Ξεκινήσαμε να δοκιμάσουμε αυτήν την υπόθεση με μια έρευνα πρώιμων φυτικών απολιθωμάτων.
Παραδείγματα ζωντανών φυτών με σπείρες Fibonacci. Από αριστερά προς τα δεξιά: σπείρες σε φύλλα ενός παζλ μαϊμού, ένα κουκουνάρι και στο λουλούδι μιας παραθαλάσσιας μαργαρίτας. Sandy Hetherington, Συγγραφέας παρέχεται
Σπείρες που δεν είναι Fibonacci στα πρώιμα φυτά
Εξετάσαμε τη διάταξη των φύλλων και των αναπαραγωγικών δομών στην πρώτη ομάδα φυτών που είναι γνωστό ότι έχουν αναπτύξει φύλλα, που ονομάζεται βρύες κλαμπ.
Συγκεκριμένα, μελετήσαμε φυτικά απολιθώματα του εξαφανισμένου είδους βρύα κλαμπ Asteroxylon mackiei. Τα απολιθώματα που μελετήσαμε βρίσκονται τώρα σε συλλογές μουσείων στο Ηνωμένο Βασίλειο και τη Γερμανία, αλλά αρχικά συλλέχθηκαν από Rhynie chert – μια τοποθεσία απολιθωμάτων στη βόρεια Σκωτία.
Πήραμε εικόνες από λεπτές φέτες απολιθωμάτων και στη συνέχεια χρησιμοποιήσαμε τεχνικές ψηφιακής ανακατασκευής για να οπτικοποιήσουμε τη διάταξη των Asteroxylon mackiei's φύλλα σε 3D και ποσοτικοποιήστε τις σπείρες.
Με βάση αυτή την ανάλυση, ανακαλύψαμε ότι η διάταξη των φύλλων ήταν πολύ μεταβλητή Asteroxylon mackiei. Στην πραγματικότητα, οι σπείρες που δεν ήταν Fibonacci ήταν η πιο κοινή διάταξη. Η ανακάλυψη των σπειρών που δεν είναι Fibonacci σε ένα τόσο πρώιμο απολίθωμα είναι εκπληκτική καθώς είναι πολύ σπάνιες σε ζωντανά είδη φυτών σήμερα.
Ανακατασκευή ζωής απολιθωμάτων Asteroxylon mackiei. Matt Humpage/Northern Rogue Studios, CC BY-NC-ND
Ξεχωριστή εξελικτική ιστορία
Αυτά τα ευρήματα αλλάζουν την κατανόησή μας για τις σπείρες Fibonacci στα χερσαία φυτά. Προτείνουν ότι οι σπείρες που δεν ήταν Φιμπονάτσι ήταν αρχαίες στα βρύα κλαμπ, ανατρέποντας την άποψη ότι όλα τα φυλλώδη φυτά ξεκίνησαν να αναπτύσσουν φύλλα που ακολουθούσαν το σχέδιο Φιμπονάτσι.
Επιπλέον, υποδηλώνει ότι η εξέλιξη των φύλλων και οι σπείρες Fibonacci στα βρύα κλαμπ είχαν μια εξελικτική ιστορία διαφορετική από άλλες ομάδες ζωντανών φυτών σήμερα, όπως οι φτέρες, τα κωνοφόρα και τα ανθοφόρα φυτά. Υποδηλώνει ότι οι σπείρες Fibonacci εμφανίστηκαν ξεχωριστά πολλές φορές σε όλη την εξέλιξη των φυτών.
Το έργο προσθέτει επίσης ένα άλλο κομμάτι στο παζλ μιας σημαντικής εξελικτικής ερώτησης - γιατί οι σπείρες Fibonacci είναι τόσο συνηθισμένες στα φυτά σήμερα;
Αυτό το ερώτημα συνεχίζει να προκαλεί συζήτηση μεταξύ των επιστημόνων. Έχουν προταθεί διάφορες υποθέσεις, συμπεριλαμβανομένων των μεγιστοποιήστε την ποσότητα φωτός που κάθε φύλλο λαμβάνει ή να συσκευάστε τους σπόρους αποτελεσματικά. Αλλά τα ευρήματά μας υπογραμμίζουν πώς οι γνώσεις από απολιθώματα και φυτά όπως οι βρύες λέσχης μπορούν να παρέχουν ζωτικές ενδείξεις για την εύρεση μιας απάντησης.
Σχετικά με το Συγγραφέας
Sandy Hetherington, Εξελικτικός Βιολόγος Φυτών, Το Πανεπιστήμιο του Εδιμβούργου και Χόλι-Αν Τέρνερ, Υποψήφιος Διδάκτωρ Παλαιοβοτανικής, University College Cork
Αυτό το άρθρο αναδημοσιεύθηκε από το Η Συνομιλία υπό την άδεια Creative Commons. Διαβάστε το αρχικό άρθρο.
Βιβλία για το Περιβάλλον από τη λίστα με τα Best Sellers του Amazon
"Σιωπηλή Άνοιξη"
από τη Ρέιτσελ Κάρσον
Αυτό το κλασικό βιβλίο αποτελεί ορόσημο στην ιστορία του περιβαλλοντισμού, εφιστώντας την προσοχή στις βλαβερές επιπτώσεις των φυτοφαρμάκων και τις επιπτώσεις τους στον φυσικό κόσμο. Το έργο του Carson βοήθησε να εμπνεύσει το σύγχρονο περιβαλλοντικό κίνημα και παραμένει επίκαιρο σήμερα, καθώς συνεχίζουμε να παλεύουμε με τις προκλήσεις της περιβαλλοντικής υγείας.
Κάντε κλικ για περισσότερες πληροφορίες ή για παραγγελία
"Η ακατοίκητη γη: Η ζωή μετά την θέρμανση"
του Ντέιβιντ Γουάλας-Γουέλς
Σε αυτό το βιβλίο, ο David Wallace-Wells προειδοποιεί για τις καταστροφικές συνέπειες της κλιματικής αλλαγής και την επείγουσα ανάγκη αντιμετώπισης αυτής της παγκόσμιας κρίσης. Το βιβλίο βασίζεται σε επιστημονική έρευνα και παραδείγματα πραγματικού κόσμου για να παρέχει μια νηφάλια ματιά στο μέλλον που αντιμετωπίζουμε εάν αποτύχουμε να αναλάβουμε δράση.
Κάντε κλικ για περισσότερες πληροφορίες ή για παραγγελία
"Η κρυφή ζωή των δέντρων: Τι νιώθουν, πώς επικοινωνούν; Ανακαλύψεις από έναν μυστικό κόσμο"
από τον Peter Wohlleben
Σε αυτό το βιβλίο, ο Peter Wohlleben εξερευνά τον συναρπαστικό κόσμο των δέντρων και τον ρόλο τους στο οικοσύστημα. Το βιβλίο βασίζεται στην επιστημονική έρευνα και τις εμπειρίες του Wohlleben ως δασοφύλακα για να προσφέρει πληροφορίες για τους περίπλοκους τρόπους με τους οποίους τα δέντρα αλληλεπιδρούν μεταξύ τους και τον φυσικό κόσμο.
Κάντε κλικ για περισσότερες πληροφορίες ή για παραγγελία
"Το σπίτι μας φλέγεται: Σκηνές μιας οικογένειας και ενός πλανήτη σε κρίση"
των Γκρέτα Τούνμπεργκ, Σβάντε Τούνμπεργκ και Μαλένα Έρνμαν
Σε αυτό το βιβλίο, η ακτιβίστρια για το κλίμα Γκρέτα Τούνμπεργκ και η οικογένειά της προσφέρουν μια προσωπική αφήγηση του ταξιδιού τους για να αυξήσουν την ευαισθητοποίηση σχετικά με την επείγουσα ανάγκη αντιμετώπισης της κλιματικής αλλαγής. Το βιβλίο παρέχει μια ισχυρή και συγκινητική περιγραφή των προκλήσεων που αντιμετωπίζουμε και της ανάγκης για δράση.
Κάντε κλικ για περισσότερες πληροφορίες ή για παραγγελία
"The Sixth Extinction: An Unnatural History"
από την Elizabeth Kolbert
Σε αυτό το βιβλίο, η Elizabeth Kolbert εξερευνά τη συνεχιζόμενη μαζική εξαφάνιση ειδών που προκαλείται από την ανθρώπινη δραστηριότητα, βασιζόμενη σε επιστημονική έρευνα και παραδείγματα πραγματικού κόσμου για να παρέχει μια νηφάλια ματιά στον αντίκτυπο της ανθρώπινης δραστηριότητας στον φυσικό κόσμο. Το βιβλίο προσφέρει μια συναρπαστική έκκληση για δράση για την προστασία της ποικιλομορφίας της ζωής στη Γη.
