Liście Małpiego Drzewa Puzzle przedstawiające spirale Fibonacciego. Źródło: Zdjęcie: dr Sandy Hetherington.
Model 3D skamieliny roślinnej sprzed 407 milionów lat zmienił nasze rozumienie ewolucji liści. Badanie to dostarczyło także nowego spojrzenia na fascynujące wzorce obserwowane u roślin.
Według ostatnich badań układ liści wczesnych roślin różni się od układu wielu współczesnych roślin, co podważa powszechne przekonanie o początkach słynnego wzoru matematycznego obserwowanego w przyrodzie. Wyniki sugerują, że typowe spiralne konfiguracje liści, które obserwujemy obecnie w naturze, nie były powszechne u pierwszych roślin lądowych, które po raz pierwszy pojawiły się na naszej planecie.
Zamiast tego odkryto, że starożytne rośliny mają inny rodzaj ślimaka. To obala starą teorię o ewolucji spiralnych liści roślin, sugerującą, że ewoluowały one dwoma odrębnymi ścieżkami ewolucyjnymi. Niezależnie od tego, czy jest to rozległy wir tornada, czy złożone spirale tornada DNA Spirale podwójnej helisy są zjawiskiem powszechnym w przyrodzie i większość z nich można opisać słynnym ciągiem matematycznym, ciągiem Fibonacciego.
Sekwencja ta, nazwana na cześć włoskiego matematyka Leonarda Fibonacciego, stanowi podstawę wielu najbardziej wydajnych i imponujących wzorów występujących w naturze. Spirale są powszechne w roślinach, a spirale Fibonacciego stanowią ponad 90% spiral. Główki słonecznika, szyszki, ananasy i soczyste rośliny doniczkowe mają te charakterystyczne spirale w płatkach kwiatów, liściach lub nasionach.
Wydrukowane w 3D skamieniałe łodygi umieszczone obok żywych likofitów. Źródło: dr. Sandy’ego Hetheringtona
Dlaczego spirale Fibonacciego, znane również jako sekretny kod natury, są tak powszechne w roślinach, od wieków intryguje naukowców, ale ich ewolucyjne pochodzenie zostało w dużej mierze przeoczone.
Opierając się na ich powszechnym rozmieszczeniu, od dawna zakładano, że spirale Fibonacciego są starożytną cechą, która wyewoluowała w pierwszych roślinach lądowych i stała się w nich wysoce utrwalona. Jednak międzynarodowy zespół kierowany przez Uniwersytet w Edynburgu obalił tę teorię poprzez odkrycie spiral innych niż Fibonacciego w skamieniałości roślinnej sprzed 407 milionów lat.
Wykorzystując techniki rekonstrukcji cyfrowej, badacze stworzyli pierwsze modele 3D pąków liści skamieniałego mszaka Mak Astroxylon Należy do najstarszej grupy roślin liściastych.
Wyjątkowo dobrze zachowaną skamieniałość odnaleziono w słynnym miejscu skamieniałości Rhynie chert, szkockim złożu osadowym w pobliżu wioski Rhynie w Aberdeenshire. Strona zawiera dowody na istnienie najstarszych ekosystemów planety – kiedy rośliny lądowe wyewoluowały i stopniowo zaczęły pokrywać skalistą powierzchnię Ziemi, czyniąc ją nadającą się do zamieszkania.
Wyniki wykazały, że liście i struktury rozrodcze… Mak Astroxylonbyły powszechnie ułożone w spirale inne niż Fibonacciego i są obecnie rzadkie w roślinach.
Zmienia to wiedzę naukowców na temat spiral Fibonacciego w roślinach lądowych. Sugeruje to, że spirale inne niż Fibonacciego były powszechne u starożytnych alg i że ewolucja spiral liściowych rozdzieliła się na dwie odrębne ścieżki. Starożytne mchy liściaste miały historię ewolucyjną zupełnie odmienną od historii innych głównych grup współczesnych roślin, takich jak paprocie, drzewa iglaste i rośliny kwitnące.
Na końcach pędów kopalnych można rozpoznać spiralnie ułożone liście Mak Astroxylon. Fossil o numerze cienkiego przekroju GLAHM Kid 2554 w The Hunterian Collections, University of Glasgow. Źródło: Zdjęcie: Sandy Hetherington. Numer egzemplarza GLAHM Kid 2554 w The Hunterian Collections, University of Glasgow
Zespół stworzył model 3D Mak AstroxylonKtóre wymarły ponad 400 milionów lat temu dzięki współpracy z artystą cyfrowym Mattem Hombagiem, wykorzystującym cyfrowe renderowanie i druk 3D.
W badaniu uczestniczyli także naukowcy z University College Cork w Irlandii, Uniwersytetu w Münster w Niemczech i Northern Rouge Studios w Wielkiej Brytanii.
Dr Sandy Hetherington, paleontolog ewolucyjny i kierownik projektu na Uniwersytecie w Edynburgu, powiedziała: „Nasz model Asteroxylon makiei pozwala nam po raz pierwszy zbadać trójwymiarowy układ liści. „Technologia druku 3D rośliny liczącej 407 milionów lat skamieniałości i trzymanie ich w dłoni jest niesamowite.” Rzeczywiście, nasze odkrycia dają nowe spojrzenie na ewolucję spiral Fibonacciego w roślinach.
Holly-Anne Turner, która pracowała nad projektem jako studentka na Uniwersytecie w Edynburgu i pierwsza autorka badania, powiedziała: „Mech Mak Astroxylon Jest to jeden z najwcześniejszych przykładów roślin posiadających liście w zapisie kopalnym. Korzystając z tych rekonstrukcji, byliśmy w stanie prześledzić poszczególne spirale liści wokół łodyg tych skamieniałych roślin liczących 407 milionów lat. Nasza analiza ułożenia liści w Asteroxylonie pokazuje, że bardzo wcześnie u glonów rozwinęły się spiralne wzory inne niż Fibonacciego.
Odniesienie: „Liście i sporocysty ewoluowały w rzadkich spiralach innych niż Fibonacciego we wczesnych roślinach liściastych” – Holly Ann Turner, Matthew Hombag, Hans Kirp i Alexander J. Hetherington, 15 czerwca 2023 r., Nauki.
doi: 10.1126/science.adg4014
Badanie zostało sfinansowane przez brytyjskie badania i innowacje (UKRI), Towarzystwo Królewskie i Niemiecką Fundację Badawczą.
