De stekelige takken van een apenpuzzelboom. Joshua Bruce Allen/Shutterstock
Als uw aandacht ooit is getrokken naar de rangschikking van bladeren op een plantenstengel, de textuur van een ananas of de schubben van een dennenappel, dan heeft u zonder het te weten briljante voorbeelden gezien van wiskundige patronen in de natuur.
Wat al deze botanische kenmerken met elkaar verbindt, is hun gemeenschappelijke kenmerk dat ze gerangschikt zijn in spiralen die zich houden aan een numerieke reeks die de Fibonacci-reeks. Deze spiralen, eenvoudigweg Fibonacci-spiralen genoemd, komen zeer veel voor in planten en hebben wetenschappers gefascineerd van Leonardo da Vinci tot Charles Darwin.
Dat is de prevalentie van Fibonacci-spiralen in planten tegenwoordig dat ze worden verondersteld een te vertegenwoordigen oude en sterk geconserveerde functie, daterend uit de vroegste stadia van de evolutie van planten en volhardend in hun huidige vorm.
Echter, onze nieuwe studie daagt dit standpunt uit. We onderzochten de spiralen in de bladeren en voortplantingsstructuren van een gefossiliseerde plant die 407 miljoen jaar oud is. Verrassend genoeg ontdekten we dat alle spiralen die bij deze specifieke soort werden waargenomen, niet dezelfde regel volgden. Tegenwoordig volgen slechts een paar planten geen Fibonacci-patroon.
Holly-Anne Turner, eerste auteur van de studie, maakt digitale 3D-modellen van Asteroxylon mackiei aan de Universiteit van Edinburgh. Luisa-Marie Dickenmann/Universiteit van Edinburgh, CC BY-NC-ND
Wat zijn Fibonacci-spiralen?
Spiralen komen veel voor in de natuur en zijn te zien in plantenbladeren, dierenschelpen en zelfs in de dubbele helix van ons DNA. In de meeste gevallen hebben deze spiralen betrekking op de Fibonacci-reeks - een reeks getallen waarbij elk de som is van de twee getallen die eraan voorafgaan (1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21 enzovoort).
Deze patronen komen vooral veel voor bij planten en kunnen zelfs met het blote oog worden herkend. Als je een dennenappel oppakt en naar de basis kijkt, kun je zien dat de houtachtige schubben spiralen vormen die samenkomen in de richting van het bevestigingspunt met de tak.
In het begin ziet u misschien alleen spiralen in één richting. Maar als je goed kijkt, zie je zowel met de klok mee als tegen de klok in spiralen. Tel nu het aantal spiralen met de klok mee en tegen de klok in, en in bijna alle gevallen zal het aantal spiralen gehele getallen zijn in de Fibonacci-reeks.
Dezelfde dennenappelkleur gecodeerd om 8 spiralen met de klok mee en 13 tegen de klok in te laten zien. 8 en 13 zijn opeenvolgende getallen in de Fibonacci-reeks. Sandy Hetherington, auteur voorzien
Dit specifieke geval is geen uitzonderlijk geval. In een studies die 6,000 dennenappels analyseerde, werden Fibonacci-spiralen gevonden in 97% van de onderzochte kegels.
Fibonacci-spiralen komen niet alleen voor in dennenappels. Ze komen veel voor in andere plantenorganen zoals bladeren en bloemen.
Als je naar het uiteinde van een lommerrijke scheut kijkt, zoals die van een apenpuzzelboom, kun je zien dat de bladeren in spiralen zijn gerangschikt die beginnen bij het uiteinde en zich geleidelijk een weg banen rond de stengel. A studies van 12,000 spiralen van meer dan 650 plantensoorten bleek dat Fibonacci-spiralen in meer dan 90% van de gevallen voorkomen.
Vanwege hun frequentie in levende plantensoorten, werd lang gedacht dat Fibonacci-spiralen oud waren en sterk geconserveerd in alle planten. We wilden deze hypothese testen met een onderzoek van vroege plantenfossielen.
Voorbeelden van levende planten met Fibonacci-spiralen. Van links naar rechts: spiralen in bladeren van een apenpuzzelboom, een dennenappel en in de bloem van een madeliefje aan zee. Sandy Hetherington, auteur voorzien
Niet-Fibonacci spiralen in vroege planten
We onderzochten de rangschikking van bladeren en voortplantingsstructuren in de eerste groep planten waarvan bekend is dat ze bladeren hebben ontwikkeld, genaamd wolfsklauwen.
We bestudeerden met name plantenfossielen van de uitgestorven wolfsklauwsoort Asteroxylon mackiei. De fossielen die we hebben bestudeerd, bevinden zich nu in museumcollecties in het Verenigd Koninkrijk en Duitsland, maar zijn oorspronkelijk verzameld in de Rhynie chert - een fossiele vindplaats in het noorden van Schotland.
We namen foto's van dunne plakjes fossielen en gebruikten vervolgens digitale reconstructietechnieken om de opstelling ervan te visualiseren Asteroxylon mackiei's bladeren in 3D en kwantificeer de spiralen.
Op basis van deze analyse ontdekten we dat de bladschikking zeer variabel was Asteroxylon mackiei. In feite waren niet-Fibonacci-spiralen de meest voorkomende opstelling. De ontdekking van niet-Fibonacci-spiralen in zo'n vroeg fossiel is verrassend omdat ze tegenwoordig zeer zeldzaam zijn in levende plantensoorten.
Levensreconstructie van fossiele Asteroxylon mackiei. Matt Humpage/Northern Rogue Studios, CC BY-NC-ND
Duidelijke evolutionaire geschiedenis
Deze bevindingen veranderen ons begrip van Fibonacci-spiralen in landplanten. Ze suggereren dat niet-Fibonacci-spiralen oud waren in wolfsklauwen, waardoor de opvatting dat alle bladplanten begonnen met het groeien van bladeren die het Fibonacci-patroon volgden, teniet werd gedaan.
Bovendien suggereert het dat bladevolutie en Fibonacci-spiralen in wolfsklauwen een evolutionaire geschiedenis hadden die verschilt van andere groepen levende planten van tegenwoordig, zoals varens, coniferen en bloeiende planten. Het suggereert dat Fibonacci-spiralen tijdens de evolutie van de plant meerdere keren afzonderlijk zijn ontstaan.
Het werk voegt ook nog een stukje toe aan de puzzel van een belangrijke evolutionaire vraag - waarom zijn Fibonacci-spiralen tegenwoordig zo gewoon in planten?
Deze vraag zorgt nog steeds voor discussie onder wetenschappers. Verschillende hypothesen zijn voorgesteld, met inbegrip van maximaliseer de hoeveelheid licht dat elk blad ontvangt of naar zaden efficiënt verpakken. Maar onze bevindingen benadrukken hoe inzichten uit fossielen en planten zoals wolfsklauwen essentiële aanwijzingen kunnen geven bij het vinden van een antwoord.
Over de auteur
Sandy Hetherington, Plant Evolutionair Bioloog, De universiteit van Edinburgh en Holly Anne Turner, PhD-kandidaat Paleobotanie, University College Cork
Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanaf The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees de originele artikel.
Boeken over het milieu uit de bestsellerlijst van Amazon
"Stille lente"
door Rachel Carson
Dit klassieke boek is een mijlpaal in de geschiedenis van de milieubeweging en vestigt de aandacht op de schadelijke effecten van pesticiden en hun impact op de natuurlijke wereld. Carsons werk hielp de moderne milieubeweging te inspireren en blijft vandaag de dag relevant, terwijl we blijven worstelen met de uitdagingen van de gezondheid van het milieu.
Klik voor meer info of om te bestellen
"De onbewoonbare aarde: leven na opwarming"
door David Wallace-Wells
In dit boek biedt David Wallace-Wells een krachtige waarschuwing voor de verwoestende effecten van klimaatverandering en de dringende noodzaak om deze wereldwijde crisis aan te pakken. Het boek is gebaseerd op wetenschappelijk onderzoek en praktijkvoorbeelden om een ontnuchterende kijk te geven op de toekomst die we tegemoet gaan als we geen actie ondernemen.
Klik voor meer info of om te bestellen
"Het verborgen leven van bomen: wat ze voelen, hoe ze communiceren? Ontdekkingen uit een geheime wereld"
van Peter Wohlleben
In dit boek verkent Peter Wohlleben de fascinerende wereld van bomen en hun rol in het ecosysteem. Het boek is gebaseerd op wetenschappelijk onderzoek en Wohlleben's eigen ervaringen als boswachter om inzicht te bieden in de complexe manieren waarop bomen met elkaar en de natuurlijke wereld omgaan.
Klik voor meer info of om te bestellen
"Ons huis staat in brand: scènes van een gezin en een planeet in crisis"
door Greta Thunberg, Svante Thunberg en Malena Ernman
In dit boek geven klimaatactiviste Greta Thunberg en haar familie een persoonlijk verslag van hun reis om het bewustzijn te vergroten over de dringende noodzaak om klimaatverandering aan te pakken. Het boek geeft een krachtig en ontroerend verslag van de uitdagingen waarmee we worden geconfronteerd en de behoefte aan actie.
Klik voor meer info of om te bestellen
"The Sixth Extinction: een onnatuurlijke geschiedenis"
door Elizabeth Kolbert
In dit boek onderzoekt Elizabeth Kolbert het voortdurende massale uitsterven van soorten als gevolg van menselijke activiteiten, waarbij ze gebruik maakt van wetenschappelijk onderzoek en voorbeelden uit de praktijk om een ontnuchterende kijk te geven op de impact van menselijke activiteit op de natuurlijke wereld. Het boek biedt een dwingende oproep tot actie om de diversiteit van het leven op aarde te beschermen.
