Dahan berduri pokok teka-teki monyet. Joshua Bruce Allen/Shutterstock
Jika mata anda pernah tertarik pada susunan daun pada batang tumbuhan, tekstur nanas atau sisik pinecone, maka anda secara tidak sedar telah menyaksikan contoh cemerlang corak matematik dalam alam semula jadi.
Apa yang mengikat semua ciri botani ini bersama-sama ialah ciri bersama mereka yang disusun dalam lingkaran yang mematuhi urutan berangka yang dipanggil Urutan Fibonacci. Lingkaran ini, yang dirujuk sebagai lingkaran Fibonacci untuk kesederhanaan, sangat meluas dalam tumbuhan dan telah menarik minat saintis dari Leonardo da Vinci hingga Charles Darwin.
Begitulah kelaziman lingkaran Fibonacci dalam tumbuhan hari ini yang dipercayai mewakili an ciri kuno dan sangat terpelihara, sejak peringkat terawal evolusi tumbuhan dan berterusan dalam bentuknya sekarang.
Walau bagaimanapun, kami kajian baru mencabar pandangan ini. Kami memeriksa lingkaran dalam daun dan struktur pembiakan tumbuhan fosil sejak 407 juta tahun lalu. Yang menghairankan, kami mendapati bahawa semua lingkaran yang diperhatikan dalam spesies tertentu ini tidak mengikut peraturan yang sama ini. Hari ini, hanya beberapa tumbuhan yang tidak mengikut corak Fibonacci.
Holly-Anne Turner, pengarang pertama kajian, mencipta model 3D digital Asteroxylon mackiei di Universiti Edinburgh. Luisa-Marie Dickenmann/Universiti Edinburgh, CC BY-NC-ND
Apakah lingkaran Fibonacci?
Lingkaran kerap berlaku di alam semula jadi dan boleh dilihat pada daun tumbuhan, cangkerang haiwan dan juga dalam heliks berganda DNA kita. Dalam kebanyakan kes, lingkaran ini berkaitan dengan jujukan Fibonacci - satu set nombor di mana setiap satu ialah jumlah dua nombor yang mendahuluinya (1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21 dan seterusnya).
Corak ini sangat meluas dalam tumbuh-tumbuhan dan juga boleh dikenali dengan mata kasar. Jika anda mengambil pokok pain dan melihat pangkalnya, anda boleh melihat sisik kayu membentuk lingkaran yang menumpu ke arah titik lampiran dengan dahan.
Pada mulanya, anda mungkin hanya melihat lingkaran dalam satu arah. Tetapi lihat dengan teliti dan anda boleh melihat kedua-dua lingkaran mengikut arah jam dan lawan jam. Sekarang hitung bilangan lingkaran mengikut arah jam dan lawan jam, dan dalam hampir setiap kes bilangan lingkaran akan menjadi integer dalam jujukan Fibonacci.
Warna pinecone yang sama dikodkan untuk menunjukkan 8 arah jam dan 13 lingkaran lawan jam. 8 dan 13 ialah nombor berturut-turut dalam siri Fibonacci. Sandy Hetherington, Pengarang disediakan
Contoh khusus ini bukanlah kes yang luar biasa. Didalam mengkaji yang menganalisis 6,000 kon pain, lingkaran Fibonacci ditemui dalam 97% kon yang diperiksa.
Lingkaran Fibonacci bukan sahaja terdapat dalam kon pain. Ia biasa terdapat pada organ tumbuhan lain seperti daun dan bunga.
Jika anda melihat pada hujung pucuk berdaun, seperti pokok teka-teki monyet, anda boleh melihat daun tersusun dalam bentuk lingkaran yang bermula di hujung dan secara beransur-ansur berputar mengelilingi batang. A mengkaji daripada 12,000 lingkaran daripada lebih 650 spesies tumbuhan mendapati bahawa lingkaran Fibonacci berlaku dalam lebih 90% kes.
Oleh kerana kekerapannya dalam spesies tumbuhan hidup, telah lama dianggap bahawa lingkaran Fibonacci adalah purba dan sangat terpelihara dalam semua tumbuhan. Kami mula menguji hipotesis ini dengan penyiasatan fosil tumbuhan awal.
Contoh tumbuhan hidup dengan lingkaran Fibonacci. Dari kiri ke kanan: lingkaran dalam daun pokok teka-teki monyet, kon pain dan dalam bunga daisy tepi laut. Sandy Hetherington, Pengarang disediakan
Lingkaran bukan Fibonacci pada tumbuhan awal
Kami meneliti susunan daun dan struktur pembiakan dalam kumpulan pertama tumbuhan yang diketahui telah mengembangkan daun, dipanggil clubmosses.
Secara khusus, kami mengkaji fosil tumbuhan spesies clubmoss yang telah pupus Asteroxylon mackiei. Fosil yang kami kaji kini disimpan dalam koleksi muzium di UK dan Jerman tetapi pada asalnya dikumpulkan dari Rhynie chert – tapak fosil di utara Scotland.
Kami mengambil imej kepingan nipis fosil dan kemudian menggunakan teknik pembinaan semula digital untuk menggambarkan susunan Asteroxylon mackiei's daun dalam 3D dan ukur lingkaran.
Berdasarkan analisis ini, kami mendapati bahawa susunan daun sangat berubah-ubah dalam Asteroxylon mackiei. Malah, lingkaran bukan Fibonacci adalah susunan yang paling biasa. Penemuan lingkaran bukan Fibonacci dalam fosil awal sedemikian mengejutkan kerana ia sangat jarang ditemui dalam spesies tumbuhan hidup hari ini.
Pembinaan semula kehidupan fosil Asteroxylon mackiei. Matt Humpage/Northern Rogue Studios, CC BY-NC-ND
Sejarah evolusi yang berbeza
Penemuan ini mengubah pemahaman kita tentang lingkaran Fibonacci dalam tumbuhan darat. Mereka mencadangkan bahawa lingkaran bukan Fibonacci adalah purba dalam clubmosses, mengubah pandangan bahawa semua tumbuhan berdaun mula tumbuh daun mengikut corak Fibonacci.
Tambahan pula, ia mencadangkan bahawa evolusi daun dan lingkaran Fibonacci dalam clubmosses mempunyai sejarah evolusi yang berbeza daripada kumpulan tumbuhan hidup yang lain pada hari ini, seperti paku pakis, konifer dan tumbuhan berbunga. Ia menunjukkan bahawa lingkaran Fibonacci muncul secara berasingan beberapa kali sepanjang evolusi tumbuhan.
Kerja ini juga menambah satu lagi bahagian kepada teka-teki soalan evolusi utama - mengapa lingkaran Fibonacci begitu biasa dalam tumbuhan hari ini?
Persoalan ini terus menimbulkan perdebatan di kalangan saintis. Pelbagai hipotesis telah dicadangkan termasuk kepada memaksimumkan jumlah cahaya yang setiap daun menerima atau untuk mengemas benih dengan cekap. Tetapi penemuan kami menyerlahkan bagaimana cerapan daripada fosil dan tumbuhan seperti clubmosses boleh memberikan petunjuk penting dalam mencari jawapan.
Tentang Pengarang
Sandy Hetherington, Ahli Biologi Evolusi Tumbuhan, Universiti Edinburgh and Holly-Anne Turner, Calon PhD, Palaeobotani, Universiti Kolej Cork
Artikel ini diterbitkan semula daripada Perbualan di bawah lesen Creative Commons. Membaca artikel asal.
Buku tentang Persekitaran daripada senarai Penjual Terbaik Amazon
"Musim Bunga Senyap"
oleh Rachel Carson
Buku klasik ini merupakan mercu tanda dalam sejarah alam sekitar, menarik perhatian kepada kesan berbahaya racun perosak dan kesannya terhadap alam semula jadi. Kerja Carson membantu memberi inspirasi kepada pergerakan alam sekitar moden dan kekal relevan hari ini, sambil kami terus bergelut dengan cabaran kesihatan alam sekitar.
Klik untuk maklumat lanjut atau untuk memesan
"Bumi Tidak Boleh Didiami: Kehidupan Selepas Pemanasan"
oleh David Wallace-Wells
Dalam buku ini, David Wallace-Wells menawarkan amaran keras tentang kesan buruk perubahan iklim dan keperluan mendesak untuk menangani krisis global ini. Buku ini menggunakan penyelidikan saintifik dan contoh dunia nyata untuk memberikan pandangan yang serius tentang masa depan yang kita hadapi jika kita gagal mengambil tindakan.
Klik untuk maklumat lanjut atau untuk memesan
"Kehidupan Tersembunyi Pokok: Apa Yang Mereka Rasa, Bagaimana Mereka Berkomunikasi? Penemuan dari Dunia Rahsia"
oleh Peter Wohlleben
Dalam buku ini, Peter Wohlleben meneroka dunia pokok yang menarik dan peranannya dalam ekosistem. Buku ini menggunakan penyelidikan saintifik dan pengalaman Wohlleben sendiri sebagai ahli hutan untuk menawarkan pandangan tentang cara kompleks pokok berinteraksi antara satu sama lain dan dunia semula jadi.
Klik untuk maklumat lanjut atau untuk memesan
"Rumah Kami Terbakar: Pemandangan Keluarga dan Planet Dalam Krisis"
oleh Greta Thunberg, Svante Thunberg, dan Malena Ernman
Dalam buku ini, aktivis iklim Greta Thunberg dan keluarganya menawarkan akaun peribadi tentang perjalanan mereka untuk meningkatkan kesedaran tentang keperluan mendesak untuk menangani perubahan iklim. Buku ini menyediakan akaun yang kuat dan mengharukan tentang cabaran yang kita hadapi dan keperluan untuk bertindak.
Klik untuk maklumat lanjut atau untuk memesan
"Kepupusan Keenam: Sejarah Tidak Semulajadi"
oleh Elizabeth Kolbert
Dalam buku ini, Elizabeth Kolbert meneroka kepupusan besar-besaran berterusan spesies yang disebabkan oleh aktiviti manusia, menggunakan penyelidikan saintifik dan contoh dunia nyata untuk memberikan pandangan yang mendalam tentang kesan aktiviti manusia terhadap alam semula jadi. Buku ini menawarkan seruan tindakan yang menarik untuk melindungi kepelbagaian hidupan di Bumi.
