الفروع الشائكة لشجرة أحجية القرد. جوشوا بروس ألين / شاترستوك
إذا كانت عيناك قد انجذبت إلى ترتيب الأوراق على جذع نبات ، أو نسيج الأناناس أو قشور كوز الصنوبر ، فقد شاهدت عن غير قصد أمثلة رائعة للأنماط الرياضية في الطبيعة.
ما يربط كل هذه الميزات النباتية معًا هو السمة المشتركة لها المتمثلة في كونها مرتبة في حلزونات تلتزم بتسلسل رقمي يسمى متتالية فيبوناتشي. هذه اللوالب ، التي يشار إليها باسم حلزونات فيبوناتشي للبساطة ، منتشرة بشكل كبير في النباتات وأذهلت العلماء من ليوناردو دافنشي إلى تشارلز داروين.
هذا هو انتشار حلزونات فيبوناتشي في النباتات اليوم ويعتقد أنها تمثل ميزة قديمة ومحفوظة للغاية، التي يعود تاريخها إلى المراحل الأولى من تطور النبات واستمرارها في أشكالها الحالية.
ومع ذلك ، لدينا دراسة جديدة يتحدى وجهة النظر هذه. قمنا بفحص الحلزونات في الأوراق والتركيب التناسلي لنبات متحجر يعود تاريخه إلى 407 مليون سنة. والمثير للدهشة أننا اكتشفنا أن كل اللوالب التي لوحظت في هذا النوع بالذات لم تتبع نفس القاعدة. اليوم ، عدد قليل جدًا من النباتات لا تتبع نمط فيبوناتشي.
Holly-Anne Turner ، المؤلف الأول للدراسة ، حيث قامت بإنشاء نماذج رقمية ثلاثية الأبعاد لماكي Asteroxylon mackiei في جامعة إدنبرة. لويزا ماري ديكنمان / جامعة إدنبرة, CC BY-NC-ND
ما هي حلزونات فيبوناتشي؟
تحدث الحلزونات بشكل متكرر في الطبيعة ويمكن رؤيتها في أوراق النبات وأصداف الحيوانات وحتى في الحلزون المزدوج للحمض النووي الخاص بنا. في معظم الحالات ، ترتبط هذه الحلزونات بتسلسل فيبوناتشي - مجموعة من الأرقام حيث يمثل كل منها مجموع الرقمين اللذين يسبقانه (1 ، 1 ، 2 ، 3 ، 5 ، 8 ، 13 ، 21 وهكذا).
تنتشر هذه الأنماط بشكل خاص في النباتات ويمكن التعرف عليها بالعين المجردة. إذا التقطت كوز الصنوبر ونظرت إلى القاعدة ، يمكنك أن ترى المقاييس الخشبية تشكل اللوالب التي تتقارب نحو نقطة التعلق بالفرع.
في البداية ، يمكنك فقط اكتشاف اللوالب في اتجاه واحد. لكن انظر عن كثب ويمكنك رؤية كل من الحلزونات في اتجاه عقارب الساعة وعكس اتجاه عقارب الساعة. الآن احسب عدد الحلزونات في اتجاه عقارب الساعة وعكس اتجاه عقارب الساعة ، وفي كل حالة تقريبًا سيكون عدد الحلزونات أعدادًا صحيحة في تسلسل فيبوناتشي.
نفس لون كوز الصنوبر مشفر لإظهار 8 حلزوني في اتجاه عقارب الساعة و 13 حلزونيًا عكس اتجاه عقارب الساعة. 8 و 13 رقمان متتاليان في سلسلة فيبوناتشي. ساندي هيذرينجتون, مؤلف المنصوص
هذه الحالة بالذات ليست حالة استثنائية. في دراسة التي قامت بتحليل 6,000 كوز صنوبر ، تم العثور على حلزونات فيبوناتشي في 97٪ من المخاريط التي تم فحصها.
لا توجد حلزونات فيبوناتشي فقط في مخاريط الصنوبر. وهي شائعة في الأعضاء النباتية الأخرى مثل الأوراق والزهور.
إذا نظرت إلى طرف إحدى الأوراق المورقة ، مثل تلك الموجودة في شجرة ألغاز القرد ، يمكنك أن ترى الأوراق مرتبة في لولبيات تبدأ من الطرف وتنتهي تدريجيًا في طريقها حول الجذع. أ دراسة من 12,000 حلزوني من أكثر من 650 نوعًا نباتيًا وجد أن حلزونات فيبوناتشي تحدث في أكثر من 90٪ من الحالات.
نظرًا لتواترها في الأنواع النباتية الحية ، فقد ساد الاعتقاد منذ فترة طويلة أن حلزونات فيبوناتشي كانت قديمة ومحفوظة للغاية في جميع النباتات. شرعنا في اختبار هذه الفرضية من خلال التحقيق في الحفريات النباتية المبكرة.
أمثلة على النباتات الحية ذات الحلزونات فيبوناتشي. من اليسار إلى اليمين: حلزونات في أوراق أشجار ألغاز القرد ، ومخروط الصنوبر وفي زهرة الأقحوان على شاطئ البحر. ساندي هيذرينجتون, مؤلف المنصوص
اللوالب غير فيبوناتشي في النباتات المبكرة
قمنا بفحص ترتيب الأوراق والتكاثر في المجموعة الأولى من النباتات المعروف أنها طورت أوراقًا ، تسمى نادي الطحالب.
على وجه التحديد ، درسنا الحفريات النباتية لأنواع الطحالب المنقرضة أستروكسيلون ماكيي. الحفريات التي درسناها موجودة الآن في مجموعات المتاحف في المملكة المتحدة وألمانيا ولكن تم جمعها في الأصل من رايني تشيرت - موقع أحفوري في شمال اسكتلندا.
التقطنا صورًا لشرائح رقيقة من الحفريات ثم استخدمنا تقنيات إعادة البناء الرقمية لتصور ترتيب أستروكسيلون ماكيي يترك في 3D وتحديد الحلزونات.
بناءً على هذا التحليل ، اكتشفنا أن ترتيب الأوراق كان متغيرًا بدرجة كبيرة في أستروكسيلون ماكيي. في الواقع ، كانت اللوالب غير فيبوناتشي هي الترتيب الأكثر شيوعًا. إن اكتشاف اللوالب غير فيبوناتشي في مثل هذه الأحافير المبكرة أمر مثير للدهشة لأنها نادرة جدًا في الأنواع النباتية الحية اليوم.
إعادة بناء الحياة الأحفورية Asteroxylon mackiei. مات همباج / استوديوهات نورثرن روغ, CC BY-NC-ND
تاريخ تطوري مميز
تغير هذه النتائج فهمنا لولبيات فيبوناتشي في النباتات الأرضية. يقترحون أن اللوالب غير فيبوناتشي كانت قديمة في الطحالب ، مما قلب الرأي القائل بأن جميع النباتات المورقة بدأت في نمو الأوراق التي تتبع نمط فيبوناتشي.
علاوة على ذلك ، فإنه يشير إلى أن تطور الأوراق ولوالب فيبوناتشي في طحالب النادي كان لها تاريخ تطوري متميز عن المجموعات الأخرى من النباتات الحية اليوم ، مثل السرخس والصنوبريات والنباتات المزهرة. يقترح أن حلزونات فيبوناتشي ظهرت بشكل منفصل عدة مرات خلال تطور النبات.
يضيف العمل أيضًا قطعة أخرى إلى لغز سؤال تطوري رئيسي - لماذا تعتبر حلزونات فيبوناتشي شائعة جدًا في النباتات اليوم؟
لا يزال هذا السؤال يثير الجدل بين العلماء. تم اقتراح فرضيات مختلفة ، بما في ذلك تعظيم كمية الضوء أن كل ورقة تتلقى أو قم بتعبئة البذور بكفاءة. لكن النتائج التي توصلنا إليها تسلط الضوء على كيف أن الرؤى من الأحافير والنباتات مثل الطحالب قد توفر أدلة حيوية في العثور على إجابة.
نبذة عن الكاتب
ساندي هيذرينجتونعالم أحياء تطوري النبات ، جامعة ادنبره و هولي آن تيرنرمرشح دكتوراه ، علم الأحياء القديمة ، كلية جامعة كورك
يتم إعادة نشر هذه المقالة من المحادثة تحت رخصة المشاع الإبداعي. إقرأ ال المقال الأصلي.
كتب عن البيئة من قائمة أفضل البائعين في أمازون
"الربيع الصامت"
بواسطة راشيل كارسون
يعد هذا الكتاب الكلاسيكي علامة بارزة في تاريخ حماية البيئة ، حيث يلفت الانتباه إلى الآثار الضارة لمبيدات الآفات وتأثيرها على العالم الطبيعي. ساعد عمل كارسون في إلهام الحركة البيئية الحديثة ولا يزال وثيق الصلة اليوم ، حيث نستمر في مواجهة تحديات الصحة البيئية.
انقر لمزيد من المعلومات أو للطلب
"الأرض غير الصالحة للسكن: الحياة بعد الاحترار"
ديفيد والاس ويلز
في هذا الكتاب ، يقدم David Wallace-Wells تحذيرًا صارخًا بشأن الآثار المدمرة لتغير المناخ والحاجة الملحة لمعالجة هذه الأزمة العالمية. يعتمد الكتاب على البحث العلمي وأمثلة من العالم الواقعي لتقديم نظرة واقعية على المستقبل الذي نواجهه إذا فشلنا في اتخاذ إجراء.
انقر لمزيد من المعلومات أو للطلب
"الحياة المخفية للأشجار: بماذا تشعر، وكيف تتواصل؟ اكتشافات من عالم سري"
بواسطة Peter Wohlleben
في هذا الكتاب ، يستكشف Peter Wohlleben عالم الأشجار الرائع ودورها في النظام البيئي. يعتمد الكتاب على البحث العلمي وتجارب Wohlleben الخاصة بصفته حراجة لتقديم رؤى حول الطرق المعقدة التي تتفاعل بها الأشجار مع بعضها البعض ومع العالم الطبيعي.
انقر لمزيد من المعلومات أو للطلب
"بيتنا يحترق: مشاهد عائلة وكوكب في أزمة"
بقلم جريتا ثونبرج وسفانتي ثونبرج ومالينا إرنمان
في هذا الكتاب ، تقدم الناشطة المناخية غريتا ثونبرج وأسرتها وصفًا شخصيًا لرحلتهم لزيادة الوعي بالحاجة الملحة للتصدي لتغير المناخ. يقدم الكتاب حسابًا قويًا ومؤثرًا للتحديات التي نواجهها والحاجة إلى العمل.
انقر لمزيد من المعلومات أو للطلب
"الانقراض السادس: تاريخ غير طبيعي"
من اليزابيث كولبرت
في هذا الكتاب ، تستكشف إليزابيث كولبرت الانقراض الجماعي المستمر للأنواع بسبب النشاط البشري ، بالاعتماد على البحث العلمي وأمثلة من العالم الحقيقي لتقديم نظرة واقعية لتأثير النشاط البشري على العالم الطبيعي. يقدم الكتاب دعوة مقنعة للعمل لحماية تنوع الحياة على الأرض.
