De spidse grene af et abepusletræ. Joshua Bruce Allen/Shutterstock
Hvis dine øjne nogensinde er blevet draget til arrangementet af blade på en plantestængel, teksturen af en ananas eller skæl af en fyrrekogle, så har du ubevidst set strålende eksempler på matematiske mønstre i naturen.
Det, der binder alle disse botaniske træk sammen, er deres fælles egenskab ved at være arrangeret i spiraler, der overholder en numerisk sekvens kaldet Fibonacci sekvens. Disse spiraler, omtalt som Fibonacci-spiraler for enkelhedens skyld, er ekstremt udbredte i planter og har fascineret videnskabsmænd fra Leonardo da Vinci til Charles Darwin.
Sådan er udbredelsen af Fibonacci-spiraler i planter i dag, at de menes at repræsentere en gammelt og meget bevaret træk, der går tilbage til de tidligste stadier af planteudvikling og fortsætter i deres nuværende former.
Men vores ny undersøgelse udfordrer dette synspunkt. Vi undersøgte spiralerne i bladene og reproduktive strukturer af en forstenet plante, der går 407 millioner år tilbage. Overraskende nok opdagede vi, at alle de spiraler, der blev observeret i denne særlige art, ikke fulgte den samme regel. I dag er det kun meget få planter, der ikke følger et Fibonacci-mønster.
Holly-Anne Turner, førsteforfatter af undersøgelsen, der skaber digitale 3D-modeller af Asteroxylon mackiei ved University of Edinburgh. Luisa-Marie Dickenmann/University of Edinburgh, CC BY-NC-ND
Hvad er Fibonacci-spiraler?
Spiraler forekommer hyppigt i naturen og kan ses i planteblade, dyreskaller og endda i den dobbelte helix af vores DNA. I de fleste tilfælde relaterer disse spiraler sig til Fibonacci-sekvensen - et sæt tal, hvor hver er summen af de to tal, der går forud (1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21 og så videre).
Disse mønstre er særligt udbredte i planter og kan endda genkendes med det blotte øje. Hvis du tager en fyrrekogle op og ser på bunden, kan du se de træagtige skæl danne spiraler, der konvergerer mod fastgørelsespunktet med grenen.
I første omgang kan du kun se spiraler i én retning. Men kig godt efter, og du kan se både med uret og mod uret spiraler. Tæl nu antallet af spiraler med uret og mod uret, og i næsten alle tilfælde vil antallet af spiraler være heltal i Fibonacci-sekvensen.
Den samme fyrrekoglefarve kodet til at vise 8 spiraler med uret og 13 mod uret. 8 og 13 er fortløbende tal i Fibonacci-serien. Sandy Hetherington, Forfatter leveret
Dette særlige tilfælde er ikke et ekstraordinært tilfælde. I en studere der analyserede 6,000 fyrrekogler, blev der fundet Fibonacci-spiraler i 97 % af de undersøgte kogler.
Fibonacci-spiraler findes ikke kun i fyrrekogler. De er almindelige i andre planteorganer såsom blade og blomster.
Hvis du ser på spidsen af et bladskud, som f.eks. et abe-pusletræ, kan du se, at bladene er arrangeret i spiraler, der starter ved spidsen og gradvist snor sig rundt om stilken. EN studere af 12,000 spiraler fra over 650 plantearter fandt, at Fibonacci-spiraler forekommer i over 90% af tilfældene.
På grund af deres hyppighed i levende plantearter har man længe troet, at Fibonacci-spiraler var ældgamle og meget bevarede i alle planter. Vi satte os for at teste denne hypotese med en undersøgelse af tidlige plantefossiler.
Eksempler på levende planter med Fibonacci-spiraler. Fra venstre mod højre: spiraler i blade fra en abe puslespilstræer, en fyrrekogle og i blomsten af en marguerit ved havet. Sandy Hetherington, Forfatter leveret
Ikke-Fibonacci spiraler i tidlige planter
Vi undersøgte arrangementet af blade og reproduktive strukturer i den første gruppe af planter, der vides at have udviklede blade, kaldet klubmoser.
Specifikt studerede vi plantefossiler af den uddøde klumpmos-art Asteroxylon mackiei. De fossiler, vi studerede, er nu anbragt i museumssamlinger i Storbritannien og Tyskland, men blev oprindeligt indsamlet fra Rhynie chert – et fossilsted i det nordlige Skotland.
Vi tog billeder af tynde skiver af fossiler og brugte derefter digitale rekonstruktionsteknikker til at visualisere arrangementet af Asteroxylon mackiei's blade i 3D og kvantificere spiralerne.
Baseret på denne analyse opdagede vi, at bladarrangementet var meget varierende i Asteroxylon mackiei. Faktisk var ikke-Fibonacci-spiraler det mest almindelige arrangement. Opdagelsen af ikke-Fibonacci-spiraler i et så tidligt fossil er overraskende, da de er meget sjældne i levende plantearter i dag.
Livsrekonstruktion af fossil Asteroxylon mackiei. Matt Humpage/Northern Rogue Studios, CC BY-NC-ND
Særskilt evolutionær historie
Disse resultater ændrer vores forståelse af Fibonacci-spiraler i landplanter. De antyder, at ikke-Fibonacci-spiraler var ældgamle i køllemoser, hvilket væltede den opfattelse, at alle bladplanter startede med at vokse blade, der fulgte Fibonacci-mønsteret.
Desuden tyder det på, at bladudvikling og Fibonacci-spiraler i klubmoser havde en evolutionær historie, der adskiller sig fra andre grupper af levende planter i dag, såsom bregner, nåletræer og blomstrende planter. Det tyder på, at Fibonacci-spiraler dukkede op adskilt flere gange gennem planteudviklingen.
Værket føjer også endnu en brik til puslespillet i et stort evolutionært spørgsmål - hvorfor er Fibonacci-spiraler så almindelige i planter i dag?
Dette spørgsmål genererer fortsat debat blandt videnskabsmænd. Forskellige hypoteser er blevet foreslået, herunder til maksimere mængden af lys at hvert blad modtager eller til pak frø effektivt. Men vores resultater fremhæver, hvordan indsigt fra fossiler og planter som køllemoser kan give vigtige ledetråde til at finde et svar.
Om forfatteren
Sandy Hetherington, planteevolutionær biolog, University of Edinburgh , Holly-Anne Turner, ph.d.-kandidat, palæobotani, University College Cork
Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs oprindelige artikel.
Bøger om miljøet fra Amazons bestsellerliste
"Stille forår"
af Rachel Carson
Denne klassiske bog er et vartegn i miljøismens historie, der henleder opmærksomheden på de skadelige virkninger af pesticider og deres indvirkning på den naturlige verden. Carsons arbejde var med til at inspirere den moderne miljøbevægelse og er fortsat relevant i dag, da vi fortsat kæmper med udfordringerne med miljømæssig sundhed.
Klik for mere info eller for at bestille
"Den ubeboelige jord: Livet efter opvarmning"
af David Wallace-Wells
I denne bog giver David Wallace-Wells en skarp advarsel om de ødelæggende virkninger af klimaændringer og det presserende behov for at løse denne globale krise. Bogen trækker på videnskabelig forskning og eksempler fra den virkelige verden for at give et nøgternt blik på den fremtid, vi står over for, hvis vi undlader at handle.
Klik for mere info eller for at bestille
"Træernes skjulte liv: Hvad de føler, hvordan de kommunikerer? Opdagelser fra en hemmelig verden"
af Peter Wohlleben
I denne bog udforsker Peter Wohlleben træernes fascinerende verden og deres rolle i økosystemet. Bogen trækker på videnskabelig forskning og Wohllebens egne erfaringer som skovfoged for at give indsigt i de komplekse måder, træer interagerer med hinanden og den naturlige verden på.
Klik for mere info eller for at bestille
"Vores hus er i brand: Scener af en familie og en planet i krise"
af Greta Thunberg, Svante Thunberg og Malena Ernman
I denne bog giver klimaaktivisten Greta Thunberg og hendes familie en personlig beretning om deres rejse for at øge bevidstheden om det presserende behov for at håndtere klimaændringer. Bogen giver en kraftfuld og bevægende beretning om de udfordringer, vi står over for, og behovet for handling.
Klik for mere info eller for at bestille
"Den sjette udryddelse: en unaturlig historie"
af Elizabeth Kolbert
I denne bog udforsker Elizabeth Kolbert den igangværende masseudryddelse af arter forårsaget af menneskelig aktivitet, ved at trække på videnskabelig forskning og eksempler fra den virkelige verden for at give et nøgternt blik på virkningen af menneskelig aktivitet på den naturlige verden. Bogen tilbyder en overbevisende opfordring til handling for at beskytte mangfoldigheden af liv på Jorden.
