کشف رمز و راز مارپیچ های فیبوناچی در گیاهان

 کشف یک فسیل با 407 میلیون سال قدمت دانشمندان را به این نتیجه رساند که مارپیچ های فیبوناچی ، حاصل تکامل گیاهان در یک دوران طولانی است.

به گزارش تکناک ،قدمت گیاهان به 470 میلیون سال قبل می رسد. طرح های مختلفی در گیاهان مانند آرایش برگ ها، الگوهای شاخه ای و تقارن گل ها وجود دارند، اما یکی از آنها بیش از همه دانشمندان را گیج کرده است.

مارپیچ های فیبوناچی نوع خاصی از الگوی مارپیچی هستند که در طبیعت، به ویژه در گیاهان وجود دارد. نام آنها برگرفته از لئوناردو فیبوناچی ریاضیدان ایتالیایی است که دنباله فیبوناچی را در قرن سیزدهم معرفی کرد.

دانشمندان مدت ها بر این باور بودند که مارپیچ های فیبوناچی یک ویژگی باستانی و بسیار محفوظ مانده در گیاهان هستند. اما، یک مطالعه جدید با بررسی مارپیچ ها در برگ ها و ساختارهای تولید مثلی یک گیاه فسیل شده 407 میلیون ساله، این باور را به چالش می کشد.

تیم محققین توسط نویسنده اول، هالی آن ترنر، دانشجوی دکترای دیرینه شناسی در کالج دانشگاهی کورک (UCC) رهبری می شد. ترنر این تحقیق را اولین بار زمانی که دانشجوی کارشناسی در دانشگاه ادینبورگ بود، آغاز کرد.

مارپیچ های فیبوناچی

دنباله فیبوناچی مجموعه ای است که در آن هر عدد حاصل جمع دو عدد قبل از خود است. دنباله فیبوناچی شامل 0، 1، 1، 2، 3، 5، 8، 13، 21 و غیره می شود.

مارپیچ های فیبوناچی با قوس های ترسیمی از مرکز شروع می شوند و با کشیده شدن به قسمت بیرونی دایره افزایش سایز پیدا می کنند.  شعاع دایره ها از دنباله فیبوناچی پیروی می کنند و این مارپیچ ها معمولاً در طبیعت دیده می شوند.

چیدمان تخمه های آفتابگردان یکی از رایج ترین نمونه های مارپیچ فیبوناچی است. اگر سر یک گل آفتابگردان را بررسی کنید، متوجه الگوی مارپیچی خواهید شد که توسط دانه ها تشکیل شده است. به طور معمول، دو مجموعه مارپیچ در جهت مخالف وجود دارد. یکی در جهت عقربه های ساعت و دیگری در خلاف جهت عقربه های ساعت است.

مخروط های کاج نیز مارپیچ های فیبوناچی را نشان می دهند. وقتی یک مخروط کاج را از نزدیک می بینید، متوجه می شوید که فلس ها به شکل مارپیچی دور مخروط می پیچند. با شمارش تعداد مارپیچ ها در جهت عقربه های ساعت و خلاف جهت عقربه های ساعت، اغلب اعداد فیبوناچی متوالی مانند 5 و 8 یا 8 و 13 را خواهید یافت.

با توجه به رایج بودن آنها، دانشمندان معتقدند که مارپیچ های فیبوناچی در اولین گیاهان روی زمین، تا گیاهان امروزی وجود داشته است.

بازسازی فسیل گیاهی باستانی

تیم تحقیقاتی مطالعه خود را در بقایای رسوبی در منطقه ای نزدیکی بندر آبردین در اسکاتلند با نامRhynie Chert آغاز کردند. آنها بر روی یک گیاه فسیل شده 407 میلیون ساله به نام Asteroxylon mackiei که متعلق به اولین گروه گیاهان برگ دار است، تمرکز کردند.

این تیم ساختار تولیدمثلی و آرایش برگ گیاه باستانی را تجزیه و تحلیل کردند. این تیم با هنرمند دیجیتال مت هامپیج برای بازسازی مدل های سه بعدی Asteroxylon mackiei با استفاده از چاپ سه بعدی و رندر دیجیتال کار کردند.

آن‌ها از تکنیک‌های بازسازی سه‌بعدی برای تجسم و اندازه‌گیری آرایش اندام‌های جانبی، مانند برگ‌ها یا ساختارهای زایشی، در امتداد ساقه یا محور یک گیاه استفاده کردند که به عنوان فیلوتاکسی شناخته می‌شود. فیلوتاکسی موقعیت مکانی و توزیع این اندام ها را تعیین می کند.

این تیم دریافت که آرایش برگ Asteroxylon mackiei، مارپیچ های غیر فیبوناچی متمایز را نشان می دهد. این مشاهدات با فرضیات قبلی ما در مورد وجود مارپیچ های فیبوناچی در قدیمی ترین گونه های گیاهی در تناقض بود.

یافته‌های آن‌ها نشان می‌دهد که مارپیچ‌های غیرفیبوناچی در خزه‌های اولیه شایع بودند، که نشان‌دهنده مسیرهای تکاملی جداگانه برای مارپیچ‌های برگ در گروه‌های مختلف گیاهی است.

حالا که فهمیدیم مارپیچ های فیبوناچی امروزه بیشتر رایج است، سوال بعدی این است که چرا؟ برخی از دانشمندان بر این باورند که مارپیچ های فیبوناچی حداکثر کارایی در فضای محدود و قرار گرفتن بهینه در معرض نور خورشید را برای دانه ها فراهم می کند.

این مطالعه نیاز به تحقیقات بیشتر در مورد گیاهان اولیه و الگوهای رشد آنها را برجسته می کند که منجر به درک بهتر زندگی گیاهان امروزی روی زمین می شود.