شاخه های سیخ دار یک درخت پازل میمون. جاشوا بروس آلن/شاتراستاک

اگر تا به حال چشمان شما به سمت چیدمان برگ ها روی ساقه گیاه، بافت آناناس یا فلس های کاج کشیده شده است، پس ناخودآگاه شاهد نمونه های درخشانی از الگوهای ریاضی در طبیعت بوده اید.

چیزی که همه این ویژگی‌های گیاه‌شناسی را به هم مرتبط می‌کند، ویژگی مشترک آنها در چیدمان مارپیچی‌هایی است که به دنباله‌ای عددی به نام دنباله فیبوناچی. این مارپیچ ها که برای سادگی به آنها مارپیچ فیبوناچی می گویند، در گیاهان بسیار گسترده هستند و دانشمندان از لئوناردو داوینچی تا چارلز داروین را مجذوب خود کرده اند.

امروزه شیوع مارپیچ های فیبوناچی در گیاهان به حدی است که اعتقاد بر این است که آنها نشان دهنده یک هستند ویژگی باستانی و بسیار حفاظت شده، به اولین مراحل تکامل گیاه برمی گردد و به شکل کنونی خود ادامه می یابد.

با این حال، ما مطالعه جدید این دیدگاه را به چالش می کشد. ما مارپیچ‌های موجود در برگ‌ها و ساختارهای زایشی یک گیاه فسیل‌شده را با قدمت ۴۰۷ میلیون سال بررسی کردیم. با کمال تعجب، ما متوجه شدیم که تمام مارپیچ های مشاهده شده در این گونه خاص از این قانون پیروی نمی کنند. امروزه تنها تعداد بسیار کمی از گیاهان از الگوی فیبوناچی پیروی نمی کنند.

 هالی آن ترنر، اولین نویسنده این مطالعه، مدل های سه بعدی دیجیتال Asteroxylon mackiei را در دانشگاه ادینبورگ ایجاد کرد. لویزا-ماری دیکنمن/دانشگاه ادینبورگ, CC BY-NC-ND

مارپیچ های فیبوناچی چیست؟

مارپیچ ها اغلب در طبیعت رخ می دهند و می توانند در برگ های گیاه، پوسته حیوانات و حتی در مارپیچ دوگانه DNA ما دیده شوند. در بیشتر موارد، این مارپیچ‌ها به دنباله فیبوناچی مربوط می‌شوند - مجموعه‌ای از اعداد که هر کدام مجموع دو عدد قبل از آن است (1، 1، 2، 3، 5، 8، 13، 21 و غیره).

این الگوها به ویژه در گیاهان گسترده است و حتی با چشم غیر مسلح نیز قابل تشخیص است. اگر یک کاج را بردارید و به پایه نگاه کنید، می توانید ببینید که فلس های چوبی مارپیچی هایی را تشکیل می دهند که به سمت نقطه اتصال با شاخه همگرا می شوند.

در ابتدا، ممکن است فقط مارپیچ ها را در یک جهت تشخیص دهید. اما با دقت نگاه کنید و می توانید مارپیچ ها را در جهت عقربه های ساعت و خلاف جهت عقربه های ساعت ببینید. اکنون تعداد مارپیچ ها در جهت عقربه های ساعت و خلاف جهت عقربه های ساعت را بشمارید و تقریباً در هر موردی تعداد مارپیچ ها اعداد صحیح در دنباله فیبوناچی خواهد بود.

همان رنگ کاج که 8 مارپیچ در جهت عقربه های ساعت و 13 مارپیچ در خلاف جهت عقربه های ساعت را نشان می دهد. 8 و 13 اعداد متوالی در سری فیبوناچی هستند. سندی هترینگتون, نویسنده ارائه

این نمونه خاص یک مورد استثنایی نیست. در یک مطالعه که 6,000 مخروط کاج را تجزیه و تحلیل کرد، مارپیچ های فیبوناچی در 97 درصد از مخروط های بررسی شده یافت شد.

مارپیچ های فیبوناچی فقط در مخروط های کاج یافت نمی شوند. آنها در سایر اندام های گیاهی مانند برگ ها و گل ها رایج هستند.

اگر به نوک یک شاخه برگی مانند درخت پازل میمون نگاه کنید، می بینید که برگ ها به صورت مارپیچی چیده شده اند که از نوک شروع می شوند و به تدریج دور ساقه می پیچند. آ مطالعه از 12,000 مارپیچ از بیش از 650 گونه گیاهی دریافتند که مارپیچ فیبوناچی در بیش از 90٪ موارد رخ می دهد.

با توجه به فراوانی آنها در گونه‌های گیاهی زنده، مدت‌ها تصور می‌شد که مارپیچ‌های فیبوناچی قدیمی بوده و در همه گیاهان بسیار حفاظت شده است. ما تصمیم گرفتیم این فرضیه را با بررسی فسیل‌های گیاهی اولیه آزمایش کنیم.

نمونه هایی از گیاهان زنده با مارپیچ فیبوناچی. از چپ به راست: مارپیچ در برگ درختان پازل میمون، مخروط کاج و در گل یک گل مروارید کنار دریا. سندی هترینگتون, نویسنده ارائه

مارپیچ های غیر فیبوناچی در گیاهان اولیه

ما ترتیب برگها و ساختارهای تولیدمثلی را در اولین گروه از گیاهانی که دارای برگهای رشد یافته هستند، به نام خزه های باشگاهی.

به طور خاص، ما فسیل‌های گیاهی گونه‌های منقرض‌شده موسس را مورد مطالعه قرار دادیم Asteroxylon mackiei. فسیل‌هایی که ما مطالعه کردیم اکنون در مجموعه‌های موزه‌ای در بریتانیا و آلمان نگهداری می‌شوند، اما در اصل از رینی چرت - یک مکان فسیلی در شمال اسکاتلند.

ما از برش‌های نازک فسیل‌ها عکس گرفتیم و سپس از تکنیک‌های بازسازی دیجیتالی برای تجسم آرایش استفاده کردیم. آستروکسیلون مکی به صورت سه بعدی برگ می کند و مارپیچ ها را کمی می کند.

بر اساس این تجزیه و تحلیل، ما متوجه شدیم که آرایش برگ در آن بسیار متغیر است Asteroxylon mackiei. در واقع، مارپیچ های غیر فیبوناچی رایج ترین آرایش بودند. کشف مارپیچ‌های غیر فیبوناچی در چنین فسیل‌های اولیه شگفت‌انگیز است، زیرا امروزه در گونه‌های گیاهی زنده بسیار نادر هستند.

بازسازی حیات فسیل Asteroxylon mackiei. مت هامپیج/استودیو نورترن روگ, CC BY-NC-ND

تاریخ تکاملی متمایز

این یافته ها درک ما را از مارپیچ های فیبوناچی در گیاهان زمینی تغییر می دهد. آنها پیشنهاد می‌کنند که مارپیچ‌های غیرفیبوناچی در خزه‌های کلاب باستانی بوده‌اند و این دیدگاه را که همه گیاهان برگ‌دار شروع به رشد برگ‌هایی کرده‌اند که از الگوی فیبوناچی پیروی می‌کنند را زیر سوال می‌برد.

علاوه بر این، نشان می‌دهد که تکامل برگ و مارپیچ‌های فیبوناچی در خزه‌های کلابی دارای تاریخچه تکاملی متفاوتی از سایر گروه‌های گیاهان زنده امروزی مانند سرخس، مخروطی‌ها و گیاهان گلدار بوده است. این نشان می دهد که مارپیچ های فیبوناچی به طور جداگانه چندین بار در طول تکامل گیاه ظاهر شده اند.

این کار همچنین قطعه دیگری را به پازل یک سوال اصلی تکاملی اضافه می کند - چرا مارپیچ های فیبوناچی تا این حد در گیاهان امروزی رایج هستند؟

این سوال همچنان باعث ایجاد بحث در بین دانشمندان می شود. فرضیه های مختلفی از جمله به مقدار نور را به حداکثر برسانید که هر برگ دریافت یا به دانه ها را به طور موثر بسته بندی کنید. اما یافته‌های ما نشان می‌دهد که چگونه بینش‌های فسیل‌ها و گیاهانی مانند خزه‌های کلاب ممکن است سرنخ‌های حیاتی برای یافتن پاسخ ارائه دهند.

درباره نویسنده

سندی هترینگتون، زیست شناس تکاملی گیاهی، دانشگاه ادینبورگ و هالی آن ترنر، کاندید دکتری، گیاه شناسی دیرینه، دانشگاه کالج کرک

این مقاله از مجله منتشر شده است گفتگو تحت مجوز Creative Commons دفعات بازدید: مقاله.

کتاب های محیط زیست از لیست پرفروش ترین های آمازون

"بهار خاموش"

توسط راشل کارسون

این کتاب کلاسیک نقطه عطفی در تاریخ محیط زیست است و توجه را به اثرات مضر آفت کش ها و تأثیر آنها بر جهان طبیعی جلب می کند. کار کارسون به الهام بخشیدن به جنبش مدرن زیست محیطی کمک کرد و امروزه همچنان مرتبط است، زیرا ما همچنان با چالش های بهداشت محیط دست و پنجه نرم می کنیم.

برای اطلاعات بیشتر یا سفارش کلیک کنید

"زمین غیر قابل سکونت: زندگی پس از گرم شدن"

توسط دیوید والاس ولز

در این کتاب، دیوید والاس ولز هشداری جدی در مورد اثرات مخرب تغییرات آب و هوایی و نیاز فوری برای رسیدگی به این بحران جهانی ارائه می دهد. این کتاب از تحقیقات علمی و نمونه‌های دنیای واقعی استفاده می‌کند تا در صورت شکست در اقدامی، نگاهی هشیارانه به آینده‌ای ارائه دهد که با آن روبرو هستیم.

برای اطلاعات بیشتر یا سفارش کلیک کنید

"زندگی پنهان درختان: چه احساسی دارند، چگونه با هم ارتباط برقرار می کنند؟ اکتشافاتی از یک دنیای مخفی"

توسط پیتر وولبن

پیتر وولبن در این کتاب به بررسی دنیای شگفت انگیز درختان و نقش آنها در اکوسیستم می پردازد. این کتاب از تحقیقات علمی و تجربیات خود Wohlleben به عنوان یک جنگلبان استفاده می کند تا بینش هایی را در مورد روش های پیچیده تعامل درختان با یکدیگر و جهان طبیعی ارائه دهد.

برای اطلاعات بیشتر یا سفارش کلیک کنید

"خانه ما در آتش است: صحنه های یک خانواده و یک سیاره در بحران"

توسط گرتا تونبرگ، سوانته تونبرگ و مالنا ارنمن

در این کتاب، گرتا تونبرگ، فعال آب و هوا و خانواده اش گزارشی شخصی از سفر خود برای افزایش آگاهی در مورد نیاز فوری برای رسیدگی به تغییرات آب و هوا ارائه می دهند. این کتاب گزارشی قدرتمند و تکان دهنده از چالش های پیش روی ما و نیاز به اقدام ارائه می دهد.

برای اطلاعات بیشتر یا سفارش کلیک کنید

ششمین انقراض: یک تاریخ غیر طبیعی

توسط الیزابت کلبرت

در این کتاب، الیزابت کولبرت به بررسی انقراض دسته جمعی مداوم گونه های ناشی از فعالیت های انسانی، با تکیه بر تحقیقات علمی و نمونه های دنیای واقعی می پردازد تا نگاهی هشیارانه به تأثیر فعالیت انسان بر جهان طبیعی ارائه دهد. این کتاب فراخوانی قانع کننده برای اقدام برای محافظت از تنوع حیات روی زمین ارائه می دهد.

برای اطلاعات بیشتر یا سفارش کلیک کنید