Колючі гілки дерева головоломки мавпи. Джошуа Брюс Аллен / Shutterstock
Якщо ваші погляди коли-небудь привертали розташування листя на стеблі рослини, текстура ананаса або луска соснової шишки, то ви, не підозрюючи, бачили блискучі приклади математичних закономірностей у природі.
Те, що пов’язує всі ці ботанічні особливості разом, так це їхня спільна характеристика розташування спіралей, які дотримуються числової послідовності, яка називається Послідовність Фібоначчі. Ці спіралі, які для простоти називаються спіралями Фібоначчі, надзвичайно широко поширені в рослинах і захоплювали вчених від Леонардо да Вінчі до Чарльза Дарвіна.
Спіралі Фібоначчі настільки поширені в рослинах сьогодні, що вони, як вважають, представляють собою старовинна та добре збережена особливість, що сягають ранніх етапів еволюції рослин і зберігаються в своїх сучасних формах.
Однак наш Нове дослідження оскаржує цю точку зору. Ми досліджували спіралі в листі та репродуктивні структури скам’янілої рослини, вік якої становить 407 мільйонів років. Дивно, але ми виявили, що всі спіралі, які спостерігаються у цього конкретного виду, не дотримуються цього правила. Сьогодні лише дуже небагато рослин не дотримуються схеми Фібоначчі.
Холлі-Енн Тернер, перший автор дослідження, створила цифрові 3D-моделі Asteroxylon mackiei в Единбурзькому університеті. Луїза-Марі Дікенманн/Едінбурзький університет, CC BY-NC-ND
Що таке спіралі Фібоначчі?
Спіралі часто зустрічаються в природі, їх можна побачити в листках рослин, панцирах тварин і навіть у подвійній спіралі нашої ДНК. У більшості випадків ці спіралі стосуються послідовності Фібоначчі – набору чисел, де кожне є сумою двох чисел, які йому передують (1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21 і так далі).
Ці візерунки особливо широко поширені в рослинах і їх можна розпізнати навіть неозброєним оком. Якщо ви візьмете шишку і подивитеся на її основу, ви побачите, як здерев’янілі лусочки утворюють спіралі, які сходяться до точки прикріплення до гілки.
Спочатку ви можете помітити спіралі лише в одному напрямку. Але подивіться уважніше, і ви побачите спіралі як за годинниковою стрілкою, так і проти неї. Тепер порахуйте кількість спіралей за годинниковою стрілкою та проти неї, і майже в кожному випадку кількість спіралей буде цілим числом у послідовності Фібоначчі.
Соснова шишка однаковим кольором має 8 спіралей за годинниковою стрілкою та 13 проти неї. 8 і 13 є послідовними числами в ряді Фібоначчі. Сенді Хетерінгтон, Автор надано
Цей конкретний випадок не є винятковим. В вчитися який проаналізував 6,000 соснових шишок, спіралі Фібоначчі були виявлені в 97% досліджених шишок.
Спіралі Фібоначчі зустрічаються не тільки в соснових шишках. Вони поширені в інших органах рослин, таких як листя та квіти.
Якщо ви подивитеся на кінчик листяного пагона, наприклад, на пагін мавпи, ви побачите, що листя розташовані спіралями, які починаються на кінчику і поступово обертаються навколо стебла. А вчитися 12,000 650 спіралей понад 90 видів рослин виявили, що спіралі Фібоначчі зустрічаються більш ніж у XNUMX% випадків.
Через їхню частоту в живих видах рослин довгий час вважалося, що спіралі Фібоначчі були стародавніми та добре збереженими у всіх рослинах. Ми вирішили перевірити цю гіпотезу шляхом дослідження скам’янілостей ранніх рослин.
Приклади живих рослин зі спіралями Фібоначчі. Зліва направо: спіралі в листі дерев-пазлів мавпи, соснової шишки та в квітці приморської ромашки. Сенді Хетерінгтон, Автор надано
Нефібоначчієві спіралі в ранніх рослинах
Ми досліджували розташування листя та репродуктивних структур у першій групі рослин, які, як відомо, мають розвинене листя, називається клубні мохи.
Зокрема, ми вивчали скам'янілості рослин вимерлого виду килави Asteroxylon mackiei. Скам'янілості, які ми вивчали, зараз зберігаються в музейних колекціях Великобританії та Німеччини, але спочатку були зібрані з Рині Черт – стоянка скам’янілостей у північній Шотландії.
Ми зробили зображення тонких шматочків скам’янілостей, а потім використали методи цифрової реконструкції, щоб візуалізувати розташування Asteroxylon mackiei's листя в 3D і кількісно визначте спіралі.
На основі цього аналізу ми виявили, що розташування листя дуже різноманітне Asteroxylon mackiei. Насправді спіралі, відмінні від Фібоначчі, були найпоширенішою схемою. Виявлення спіралей, відмінних від Фібоначчі, у такій ранній скам’янілості є несподіваним, оскільки вони дуже рідко зустрічаються серед живих видів рослин сьогодні.
Реконструкція життя викопного Asteroxylon mackiei. Метт Хампейдж/Northern Rogue Studios, CC BY-NC-ND
Виразна еволюційна історія
Ці відкриття змінюють наше розуміння спіралей Фібоначчі в наземних рослинах. Вони припускають, що нефібоначчієві спіралі були давніми для плауни, скасовуючи точку зору про те, що всі листяні рослини почали рости з листям, які слідували моделі Фібоначчі.
Більше того, це свідчить про те, що еволюція листя та спіралі Фібоначчі у плауни мали еволюційну історію, відмінну від інших груп сучасних рослин, таких як папороті, хвойні та квіткові рослини. Це свідчить про те, що спіралі Фібоначчі виникали окремо кілька разів протягом еволюції рослин.
Робота також додає ще одну частину головоломки головного еволюційного питання – чому спіралі Фібоначчі так часто зустрічаються серед рослин сьогодні?
Це питання продовжує викликати суперечки серед вчених. Висувалися різні гіпотези, в тому числі до максимізувати кількість світла що кожен листок отримує або до ефективно упаковувати насіння. Але наші висновки підкреслюють, як уявлення про скам’янілості та рослини, як-от мохи, можуть дати життєво важливі підказки для пошуку відповіді.
про автора
Сенді Хетерінгтон, еволюційний біолог рослин, Единбурзький університет та Холлі-Енн Тернер, кандидат палеоботаніки, Університетський коледж Корк
Ця стаття перевидана з Бесіда за ліцензією Creative Commons. Читати оригінал статті.
Книги про навколишнє середовище зі списку бестселерів Amazon
«Тиха весна»
Рейчел Карсон
Ця класична книга є віхою в історії захисту навколишнього середовища, привертаючи увагу до шкідливого впливу пестицидів та їхнього впливу на світ природи. Робота Карсона допомогла надихнути сучасний екологічний рух і залишається актуальною сьогодні, оскільки ми продовжуємо боротися з проблемами здоров’я навколишнього середовища.
Натисніть, щоб дізнатися більше або замовити
«Нежила Земля: життя після потепління»
Девід Уоллес-Уеллс
У цій книзі Девід Уоллес-Веллс різко попереджає про руйнівні наслідки зміни клімату та термінову необхідність вирішення цієї глобальної кризи. Книга спирається на наукові дослідження та приклади з реального світу, щоб дати тверезий погляд на майбутнє, яке нас чекає, якщо ми не вживемо заходів.
Натисніть, щоб дізнатися більше або замовити
«Приховане життя дерев: що вони відчувають, як спілкуються? Відкриття з таємного світу»
автор: Peter Wohlleben
У цій книзі Пітер Воллебен досліджує захоплюючий світ дерев та їх роль в екосистемі. Книга спирається на наукові дослідження та власний досвід Воллебена як лісника, щоб запропонувати розуміння складних способів взаємодії дерев одне з одним і природним світом.
Натисніть, щоб дізнатися більше або замовити
«Наш дім горить: сцени сім’ї та планети в кризі»
Грета Тунберг, Сванте Тунберг і Малена Ернман
У цій книзі кліматична активістка Грета Тунберг та її родина пропонують особисту розповідь про свою подорож, щоб підвищити обізнаність про нагальну потребу вирішення проблеми зміни клімату. Книга містить потужний і зворушливий опис викликів, з якими ми стикаємося, і потреби в діях.
Натисніть, щоб дізнатися більше або замовити
«Шосте вимирання: неприродна історія»
автор: Елізабет Колберт
У цій книзі Елізабет Колберт досліджує постійне масове вимирання видів, спричинене діяльністю людини, спираючись на наукові дослідження та приклади з реального світу, щоб дати тверезий погляд на вплив людської діяльності на світ природи. Книга містить переконливий заклик до дії, щоб захистити різноманітність життя на Землі.
