April 18, 2024

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400 Millionen Jahre altes Fossil stellt unser Verständnis der Fibonacci-Spiralen der Natur auf den Kopf: ScienceAlert

400 Millionen Jahre altes Fossil stellt unser Verständnis der Fibonacci-Spiralen der Natur auf den Kopf: ScienceAlert

Wenn Ihr Blick schon einmal von der Anordnung der Blätter an einem Pflanzenstamm, der Beschaffenheit einer Ananas oder den Schalen eines Tannenzapfens angezogen wurde, sind Sie zufällig Zeuge schöner Beispiele mathematischer Muster in der Natur geworden.

Was all diese Pflanzenmerkmale verbindet, ist ihr gemeinsames Merkmal, dass sie spiralförmig angeordnet sind und einer numerischen Reihenfolge namens „ Fibonacci-Folge.

Der Einfachheit halber werden diese Spiralen als Fibonacci-Spiralen bezeichnet. Sie sind in Pflanzen allgegenwärtig und haben Wissenschaftler von Leonardo da Vinci bis Charles Darwin fasziniert.

Es wird angenommen, dass dies die Prävalenz von Fibonacci-Spiralen in Pflanzen heute ist Eine sehr alte und zurückhaltende Funktiondie bis in die frühesten Stadien der Pflanzenentwicklung zurückreicht und in ihren heutigen Formen fortbesteht.

Allerdings haben wir Neue Studie stellt diesen Standpunkt in Frage. Wir haben die Spiralen in den Blättern und die Fortpflanzungsstruktur einer versteinerten Pflanze untersucht, die 407 Millionen Jahre alt ist.

Überraschenderweise stellten wir fest, dass nicht alle bei dieser bestimmten Art beobachteten Spiralen derselben Regel folgten. Heutzutage folgen nur noch sehr wenige Pflanzen nicht dem Fibonacci-Muster.

Was sind Fibonacci-Spiralen?

Spiralen kommen in der Natur häufig vor und sind in Pflanzenblättern, Tierpanzern und sogar in der Doppelhelix unserer DNA zu sehen. In den meisten Fällen sind diese Spiralen mit der Fibonacci-Folge verbunden – einer Reihe von Zahlen, bei denen jede die Summe der beiden vorhergehenden Zahlen ist (1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21 usw.).

Der Tannenzapfen selbst ist farblich gekennzeichnet und zeigt 8 Spiralen im Uhrzeigersinn und 13 Spiralen gegen den Uhrzeigersinn. 8 und 13 sind zwei aufeinanderfolgende Zahlen in der Fibonacci-Reihe. (Sandy Hetherington)

Diese Muster kommen besonders häufig bei Pflanzen vor und können mit bloßem Auge erkannt werden. Wenn Sie einen Tannenzapfen in die Hand nehmen und auf die Basis schauen, können Sie sehen, wie die holzigen Schuppen Spiralen bilden, die zum Befestigungspunkt am Ast hin zusammenlaufen.

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Spiralen sind zunächst nur in einer Richtung zu erkennen. Aber wenn Sie genau hinsehen, können Sie beide Spiralen im Uhrzeigersinn und gegen den Uhrzeigersinn erkennen. Zählen Sie nun die Anzahl der Spiralen im Uhrzeigersinn und gegen den Uhrzeigersinn. In fast allen Fällen handelt es sich bei der Anzahl der Spiralen um ganze Zahlen in der Fibonacci-Folge.

Dieser besondere Fall ist kein Ausnahmefall. In Stady Laut einer Studie, die 6.000 Tannenzapfen analysierte, wurden in 97 Prozent der untersuchten Zapfen Fibonacci-Spiralen gefunden.

Fibonacci-Spiralen gibt es nicht nur in Tannenzapfen. Sie kommen häufig in anderen Pflanzenorganen wie Blättern und Blüten vor.

Wenn Sie sich die Spitze eines Blattes ansehen, beispielsweise das eines Affenpuzzlebaums, können Sie erkennen, dass die Blätter spiralförmig angeordnet sind, beginnend an der Spitze und sich nach und nach um den Stamm winden. A Stady Von den 12.000 Spiralen aus mehr als 650 Pflanzenarten wurden in mehr als 90 Prozent der Fälle Fibonacci-Spiralen gefunden.

Aufgrund ihrer Häufigkeit bei lebenden Pflanzenarten wurde lange angenommen, dass Fibonacci-Spiralen uralt und in allen Pflanzen hochkonserviert seien. Wir wollten diese Hypothese testen, indem wir frühe Pflanzenfossilien untersuchten.

Nicht-Fibonacci-Spiralen in frühen Pflanzen

Wir haben die Blattanordnung und -reproduktion in der ersten Gruppe von Pflanzen untersucht, von denen bekannt ist, dass sie Blätter entwickelt haben Algenclub.

Konkret haben wir die Pflanzenfossilien ausgestorbener Algenarten untersucht Astroxylon Maki. Die von uns untersuchten Fossilien befinden sich heute in Museumssammlungen im Vereinigten Königreich und in Deutschland, wurden aber ursprünglich dort gesammelt Rainey Chert Fossilienfundstelle im Norden Schottlands.

Rekonstruktion der Asteroxylon mackiei-Anlage.
Wiederaufbau A. Makyi Pflanzen. (Hetherington et al., eLife2021)

Wir machten Fotos von dünnen Scheiben der Fossilien und nutzten dann digitale Rekonstruktionstechniken, um eine Anordnung zu visualisieren A. MakyiBlätter in 3D und Schnecken identifizieren.

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Basierend auf dieser Analyse stellten wir fest, dass die Blattanordnung sehr unterschiedlich war A. Makyi. Tatsächlich waren Nicht-Fibonacci-Spiralen die häufigste Anordnung. Die Entdeckung von Nicht-Fibonacci-Spiralen in so frühen Fossilien ist überraschend, weil sie bei heute lebenden Pflanzenarten so selten sind.

Markante Evolutionsgeschichte

Diese Erkenntnisse verändern unser Verständnis der Fibonacci-Spiralen in Landpflanzen. Sie legen nahe, dass Nicht-Fibonacci-Spiralen in Moosen uralt waren, und widerlegen damit die Ansicht, dass alle Blattpflanzen anfingen, Blätter zu bilden, die dem Fibonacci-Muster folgten.

Darüber hinaus weist es darauf hin, dass die Entwicklung der Blätter und Fibonacci-Spiralen bei Bärlauchmoosen eine andere Evolutionsgeschichte hatte als bei anderen heute lebenden Pflanzengruppen wie Farnen, Nadelbäumen und Blütenpflanzen. Es wird vermutet, dass Fibonacci-Spiralen während der Pflanzenentwicklung mehrmals separat auftraten.

Die Arbeit fügt auch ein weiteres Puzzleteil zu einer wichtigen evolutionären Frage hinzu: Warum sind Fibonacci-Spiralen heutzutage in Pflanzen so häufig?

Diese Frage sorgt immer noch für Kontroversen unter Wissenschaftlern. Es wurden verschiedene Hypothesen vorgeschlagen, darunter: Maximieren Sie die Lichtmenge dass jedes Papier, das Sie erhalten bzw Verpacken Sie die Samen effizient. Aber unsere Ergebnisse verdeutlichen, wie Erkenntnisse aus Fossilien und Pflanzen wie Algen wichtige Hinweise für die Suche nach einer Antwort liefern können.Gespräch

Sandy HetheringtonPflanzenevolutionsbiologe, Universität von Edinburgh Und Holly Ann TurnerDoktorand, Paläontologie, University College Cork

Dieser Artikel wurde erneut veröffentlicht von Gespräch Unter Creative Commons-Lizenz. Lies das Der Originalartikel.