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 جميع اللوالب التي لوحظت في هذا النوع بالذات لم تتبع نفس القاعدة. اليوم ، عدد قليل جدًا من النباتات لا تتبع نمط فيبوناتشي.
ما هي حلزونات فيبوناتشي؟
تحدث اللوالب 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 تتلاقى 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 قم بحساب عدد اللوالب في اتجاه عقارب الساعة وعكس اتجاه عقارب الساعة ، وفي كل حالة تقريبًا ، سيكون عدد الحلزونات أعدادًا صحيحة في تسلسل فيبوناتشي.
هذه الحالة بالذات ليست حالة استثنائية. في يذاكر التي قامت بتحليل 6000 كوز صنوبر ، تم العثور على حلزونات فيبوناتشي في 97 بالمائة 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 الخاصة بشجرة أحجية القرد ، يمكنك أن ترى أن الأوراق مرتبة في شكل لولبي يبدأ من الطرف وينتهي تدريجيًا في طريقه حول الجذع. أ يذاكر من 12000 حلزوني من أكثر من 650 نوعًا نباتيًا وجد أن حلزونات فيبوناتشي تحدث في أكثر من 90 بالمائة 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.
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 أ. مكييأوراق في 3D وتحديد الحلزونات.
بناءً على هذا التحليل ، اكتشفنا أن ترتيب الأوراق كان متغيرًا بدرجة كبيرة في أ. مكيي. 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.
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.
ساندي هيذرينجتونعالم أحياء تطوري النبات ، جامعة ادنبره و هولي آن تيرنرمرشح دكتوراه ، علم الأحياء القديمة ، كلية جامعة كورك
تم إعادة نشر هذه المقالة من المحادثة بموجب رخصة المشاع الإبداعي. إقرأ ال المقالة الأصلية.
“متعطش للطعام. طالب. متحمس محترف للزومبي. مبشر شغوف بالإنترنت.”
More Stories
إرسال الليزر الفضائي يضرب الأرض من مسافة 140 مليون ميل: ناسا
العلماء يكتشفون “مفاجأة” تغير فهمهم للكون
تطلق SpaceX 23 قمرًا صناعيًا من نوع Starlink على متن رحلة Falcon 9 من كيب كانافيرال – Spaceflight Now