モンキー パズル ツリーのとがった枝。 ジョシュア・ブルース・アレン/シャッターストック
植物の茎の葉の配置、パイナップルの質感、または松ぼっくりの鱗に目が釘付けになったことがあるなら、あなたは無意識のうちに自然界の数学的パターンの素晴らしい例を目撃したことになります。
これらすべての植物の特徴を結びつけているのは、「螺旋状に配置され、螺旋状に配置され、螺旋状に配置されている」という共通の特徴です。 フィボナッチ配列。 簡単のためにフィボナッチ螺旋と呼ばれるこれらの螺旋は植物に非常に広く普及しており、レオナルド・ダ・ヴィンチからチャールズ・ダーウィンに至るまで科学者を魅了してきました。
今日の植物ではフィボナッチ螺旋が広く普及しているため、フィボナッチ螺旋はある現象を表していると考えられています。 古代の高度に保存された特徴、植物進化の初期段階にまで遡り、現在の形で存続しています。
しかし、我々の 新しい研究 はこの視点に疑問を投げかけます。 私たちは、407億XNUMX万年前の化石植物の葉の螺旋と生殖構造を調べました。 驚いたことに、この特定の種で観察されたすべてのらせんが、これと同じ規則に従っていないことがわかりました。 現在、フィボナッチパターンに従っていない植物はごくわずかです。
この研究の筆頭著者であるホリー・アン・ターナーは、エディンバラ大学でアステロキシロン・マッキーのデジタル 3D モデルを作成しています。 ルイーザ＝マリー・ディッケンマン/エディンバラ大学, CC BY-NC-ND
フィボナッチスパイラルとは何ですか?
らせんは自然界で頻繁に発生し、植物の葉、動物の殻、さらには DNA の二重らせんにも見られます。 ほとんどの場合、これらのスパイラルはフィボナッチ数列に関連しています。フィボナッチ数列は、それぞれがその前にある 1 つの数値 (1、2、3、5、8、13、21、XNUMX など) の合計である一連の数値です。
これらのパターンは植物に特に広く見られ、肉眼でも認識できます。 松ぼっくりを手に取り、根元を見ると、木の鱗がらせんを形成し、枝との接続点に向かって収束していることがわかります。
最初は、一方向の螺旋しか見つけられないかもしれません。 しかし、よく見ると、時計回りと反時計回りの両方の螺旋があることがわかります。 ここで、時計回りと反時計回りの螺旋の数を数えます。ほとんどの場合、螺旋の数はフィボナッチ数列の整数になります。
同じ松ぼっくりを色分けして、時計回りに 8 個、反時計回りに 13 個の螺旋を示します。 8 と 13 はフィボナッチ数列の連続する数字です。 サンディ・ヘザリントン, 著者提供
この特定の例は例外的なケースではありません。 で 研究 6,000 個の松ぼっくりを分析したところ、調査した松ぼっくりの 97% でフィボナッチ螺旋が見つかりました。
フィボナッチ螺旋は松ぼっくりだけに見られるわけではありません。 それらは葉や花などの他の植物器官にもよく見られます。
モンキーパズルの木など、葉の茂った新芽の先端を見ると、葉がらせん状に配置されており、先端から始まり、徐々に茎に巻き付いていることがわかります。 あ 研究 12,000 以上の植物種からの 650 の螺旋を分析したところ、90% 以上のケースでフィボナッチ螺旋が発生することがわかりました。
生きている植物種に頻繁に存在するため、フィボナッチ螺旋は古くから存在し、すべての植物に高度に保存されていると長い間考えられてきました。 私たちは、初期の植物化石の調査によってこの仮説を検証することに着手しました。
フィボナッチ螺旋を持つ生きた植物の例。 左から右へ: モンキー パズルの木の葉、松ぼっくり、海辺のデイジーの花の渦巻き。 サンディ・ヘザリントン, 著者提供
初期の植物における非フィボナッチ螺旋
私たちは、葉が発達したことが知られている最初のグループの植物の葉の配置と生殖構造を調べました。 クラブモス.
具体的には、絶滅したクラブモス種の植物化石を研究しました。 アステオキシロン・マッキー。 私たちが研究した化石は現在イギリスとドイツの博物館に所蔵されていますが、もともとは ライニーチャート – スコットランド北部の化石遺跡。
私たちは化石の薄いスライスの画像を撮影し、デジタル再構成技術を使用して化石の配置を視覚化しました。 アステオキシロン・マッキー 葉を 3D で解析し、らせんを定量化します。
この分析に基づいて、私たちは葉の配置が非常に変化しやすいことを発見しました。 アステオキシロン・マッキー。 実際、非フィボナッチスパイラルが最も一般的な配置でした。 非フィボナッチ螺旋がこのような初期の化石で発見されたことは、今日生きている植物種では非常にまれであるため、驚くべきことです。
化石アステオキシロン・マッキーの生命の復元。 マット・ハンページ/ノーザン・ローグ・スタジオ, CC BY-NC-ND
独特の進化の歴史
これらの発見は、陸上植物のフィボナッチ螺旋に対する私たちの理解を変えます。 彼らは、非フィボナッチ螺旋がクラブモスに古くからあったことを示唆しており、すべての葉物植物はフィボナッチパターンに従って葉を成長させ始めたという見解を覆します。
さらに、クラブモスの葉の進化とフィボナッチ螺旋には、シダ、針葉樹、顕花植物など、今日生きている植物の他のグループとは異なる進化の歴史があったことを示唆しています。 これは、フィボナッチ螺旋が植物の進化を通じて複数回別々に出現したことを示唆しています。
この研究はまた、なぜフィボナッチ螺旋が今日の植物で非常に一般的なのかという、進化上の主要な疑問のパズルにもう XNUMX つのピースを追加します。
この疑問は科学者の間で議論を引き起こし続けています。 など、さまざまな仮説が提案されています。 光の量を最大化する それぞれの葉が受け取るか、 種子を効率的に梱包する。 しかし、私たちの発見は、化石やクラブモスのような植物からの洞察が、答えを見つける上で重要な手がかりを提供する可能性があることを強調しています。
著者について
サンディ・ヘザリントン、植物進化生物学者、 エジンバラ大学 & ホリーアン・ターナー、博士候補者、古植物学、 コーク大学
この記事はから再公開されます 会話 クリエイティブコモンズライセンスの下で 読む 原著.
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