فسیل عجیب ۴۰۰ میلیون ساله بازی را عوض کرد/ راز مارپیچ‌های فیبوناچی در طبیعت

یک فسیل ۴۰۰ میلیون ساله درک ما از مارپیچ‌های فیبوناچی در طبیعت تغییر می‌دهد.

به گزارش همشهری آنلاین و به نقل از ساینس الرت، اگر تا به حال نظرتان به چیدمان برگ‌ها روی ساقه گیاه، بافت آناناس یا فلس‌های درخت کاج جلب شده باشد، ناخودآگاه شاهد نمونه‌های درخشانی از الگو‌های ریاضی در طبیعت بوده‌اید.

چیزی که همه این ویژگی‌های گیاه‌شناسی را به هم مرتبط می‌کند، ویژگی مشترک آن‌ها در مرتب شدن به صورت مارپیچی و مطابق دنباله‌ای عددی به نام دنباله فیبوناچی است. این مارپیچ‌ها که برای سادگی به آن‌ها مارپیچ فیبوناچی می‌گویند، در گیاهان بسیار پرتکرار هستند و دانشمندان از لئوناردو داوینچی تا چارلز داروین را مجذوب خود کرده‌اند. اعتقاد بر این است که آن‌ها یک ویژگی باستانی و حفاظت‌شده را نشان می‌دهند، که قدمت آن به اولین مراحل تکامل گیاه برمی‌گردد.

مطالعه جدیدی این دیدگاه را به چالش می‌کشد. محققان مارپیچ‌های موجود در برگ‌ها و ساختار‌های زایشی یک گیاه فسیل‌شده با قدمت ۴۰۷ میلیون سال را بررسی کردند و به نتایج جالبی رسیدند. با کمال تعجب، آن‌ها متوجه شدند که تمام مارپیچ‌های مشاهده شده در این گونه خاص از این قانون پیروی نمی‌کنند. امروزه تنها تعداد بسیار کمی از گیاهان از الگوی فیبوناچی پیروی نمی‌کنند.

مارپیچ فیبوناچی چیست؟

مارپیچ‌ها اغلب در طبیعت رخ می‌دهند و می‌توانند در برگ‌های گیاهان، پوست حیوانات و حتی در مارپیچ دوگانه دی‌ان‌ای (DNA) ما دیده شوند. در بیشتر موارد، این مارپیچ‌ها به دنباله فیبوناچی مربوط می‌شوند: مجموعه‌ای از اعداد که هر کدام مجموع دو عدد قبل از خود است (۱، ۱، ۲، ۳، ۵، ۸، ۱۳، ۲۱ و غیره.)

این الگو‌ها به ویژه در گیاهان شایع و حتی با چشم غیر مسلح نیز قابل تشخیص است. اگر یک میوه کاج را بردارید و به آن نگاه کنید، می‌توانید ببینید که فلس‌های چوبی مارپیچی‌هایی را تشکیل می‌دهند که به سمت نقطه اتصال با شاخه همگرا می‌شوند.

در ابتدا، ممکن است فقط مارپیچ‌ها را در یک جهت تشخیص دهید. اما اگر با دقت نگاه کنید، می‌توانید هر دو مارپیچ در جهت عقربه‌های ساعت و خلاف جهت عقربه‌های ساعت را ببینید. اکنون تعداد مارپیچ‌ها در جهت عقربه‌های ساعت و خلاف جهت عقربه‌های ساعت را بشمارید و تقریبا در هر موردی، تعداد مارپیچ‌ها اعداد صحیح در دنباله فیبوناچی خواهد بود.

این نمونه خاص یک مورد استثنایی نیست. در مطالعه‌ای ۶۰۰۰ مخروط کاج را مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت و مارپیچ‌های فیبوناچی در ۹۷ درصد از مخروط‌های بررسی‌شده یافت شد.

مارپیچ‌های فیبوناچی فقط در مخروط‌های کاج یافت نمی‌شوند. آن‌ها در سایر اندام‌های گیاهی مانند برگ‌ها و گل‌ها رایج هستند. اگر به نوک یک شاخه برگی مانند درخت معمای میمون نگاه کنید، می‌بینید که برگ‌ها به صورت مارپیچی چیده شده‌اند. این ماریپیچ‌ها از نوک شروع می‌شوند و به تدریج دور ساقه می‌پیچند. مطالعه‌ای روی ۱۲۰۰۰ مارپیچ در بیش از ۶۵۰ گونه گیاهی نشان داد که مارپیچ‌های فیبوناچی در بیش از ۹۰ درصد موارد رخ می‌دهد.

با توجه به فراوانی آن‌ها در گونه‌های گیاهی زنده، مدت‌ها تصور می‌شد که مارپیچ‌های فیبوناچی قدیمی بوده و در همه گیاهان از گذشته‌های دور حفظ شده است. این فرضیه‌ای در آزمایشی با فسیل‌های قدیمی گیاهان بررسی شد.

مارپیچ‌های غیر فیبوناچی در گیاهان اولیه

محققان ترتیب برگ‌ها و ساختار‌های تولیدمثلی را در اولین گروه از گیاهان که دارای برگ به نام خزه‌های کلاب، بررسی کردند. آن‌ها به طور خاص، فسیل‌های گیاهی گونه‌های منقرض شده خزه‌های کلاب «Asteroxylon mackiei» را مطالعه کردند. فسیل‌هایی که مطالعه شد اکنون در مجموعه‌های موزه‌ای در بریتانیا و آلمان نگهداری می‌شوند، اما در اصل از «Rhynie chert» مکانی در شمال اسکاتلند جمع‌آوری شده‌اند.

آن‌ها تصاویری از برش‌های نازک فسیل گرفتند و سپس از تکنیک‌های بازسازی دیجیتالی برای تجسم چینش برگ‌ها به صورت سه بعدی و تعیین کمیت مارپیچ‌ها استفاده کردند. بر اساس این تجزیه و تحلیل، آن‌ها کشف کردند که آرایش برگ در این گیاه بسیار متغیر است. در واقع، مارپیچ‌های غیر فیبوناچی رایج‌ترین آرایش بودند. کشف مارپیچ‌های غیر فیبوناچی در چنین فسیل‌های اولیه‌ای شگفت‌انگیز است، زیرا امروزه در گونه‌های گیاهی زنده بسیار نادر هستند.

این یافته‌ها درک ما را از مارپیچ‌های فیبوناچی در گیاهان زمینی تغییر می‌دهد. آن‌ها پیشنهاد می‌کنند خزه‌های کلاب باستانی دارای مارپیچ‌های غیر فیبوناچی بوده‌اند و این دیدگاه را که همه گیاهان برگ‌دار شروع به رشد برگ‌هایی کرده‌اند که از الگوی فیبوناچی پیروی می‌کنند، زیر سوال می‌برد. این همچنین قطعه دیگری را به پازل اضافه می‌کند. اینکه چرا مارپیچ‌های فیبوناچی امروزه در گیاهان بسیار رایج هستند؟

این سوال همچنان باعث ایجاد بحث در بین دانشمندان خواهد بود. فرضیه‌های مختلفی از جمله به حداکثر رساندن میزان نوری که هر برگ دریافت می‌کند یا بسته‌بندی دانه‌ها به طور موثر ارائه شده است. یافته‌های جدید نشان می‌دهد که چگونه فسیل‌ها و گیاهانی مانند خزه‌های کلاب ممکن است سرنخ‌های حیاتی برای یافتن پاسخ ارائه دهند.