النتائج الجديدة تحطم المعتقدات القديمة حول لوالب فيبوناتشي

أحدث نموذج ثلاثي الأبعاد لأحفورة نباتية عمرها 407 مليون عام ثورة في فهمنا لتطور الأوراق. قدمت الدراسة أيضًا رؤى جديدة حول الأنماط الرائعة التي لوحظت في النباتات.

تختلف ترتيبات أوراق النباتات المبكرة عن تلك الخاصة بالعديد من النباتات المعاصرة، وفقًا للدراسات الحديثة، مما يتحدى المعتقدات القديمة حول أصول النمط الرياضي الشائع الموجود في الطبيعة. وتشير النتائج إلى أن الهياكل الحلزونية النموذجية للأوراق الموجودة الآن في الطبيعة لم تكن موجودة في أقدم النباتات البرية التي ظهرت لأول مرة على كوكبنا.

وبدلاً من ذلك، اكتشفت النباتات القديمة نوعًا آخر من الحلزونات. وهذا يدحض نظرية طويلة الأمد حول تطور جدلات أوراق النبات، مما يشير إلى أنها تطورت على طول مسارين تطوريين منفصلين. إنها الملفات اللولبية الواسعة أو المعقدة للإعصار الحمض النووي الحلزون المزدوج، الحلزوني شائع في الطبيعة ويمكن وصف معظمه من خلال السلسلة الرياضية الشهيرة، تسلسل فيبوناتشي.

سُمي هذا التسلسل على اسم عالم الرياضيات الإيطالي ليوناردو فيبوناتشي، ويشكل أساسًا لبعض أنماط الطبيعة الأكثر إبداعًا وإبهارًا. اللوالب شائعة في النباتات، ولوالب فيبوناتشي هي 90٪ حلزونية. تحتوي رؤوس عباد الشمس وأكواز الصنوبر والأناناس والنباتات المنزلية النضرة على هذه الزهرات الفريدة على بتلات الزهور أو الأوراق أو البذور.

يتم وضع السيقان الأحفورية المطبوعة ثلاثية الأبعاد بجوار النباتات الذئبية الحية. الائتمان: د. ساندي هيذرينجتون

لقد حيرت لوالب فيبوناتشي، المعروفة أيضًا باسم الكود السري للطبيعة، العلماء لعدة قرون حول سبب شيوعها في النباتات، ولكن تم التغاضي عن أصولها التطورية إلى حد كبير.

استنادًا إلى توزيعها على نطاق واسع، يُعتقد منذ فترة طويلة أن حلزونات فيبوناتشي هي سمة قديمة تطورت في النباتات البرية المبكرة ويتم الحفاظ عليها بشكل كبير في النباتات. ومع ذلك، فقد قلب فريق دولي بقيادة جامعة إدنبره هذه النظرية من خلال اكتشاف حلزونات غير فيبوناتشي في أحفورة نباتية عمرها 407 ملايين سنة.

باستخدام تقنيات إعادة البناء الرقمية، أنشأ الباحثون أول نماذج ثلاثية الأبعاد لبراعم الأوراق في الطحالب الأحفورية. أستروكسيلون ماكي – عضو في المجموعة الأولى من النباتات الورقية.

تم اكتشاف الحفرية المحفوظة جيدًا بشكل استثنائي في موقع الحفريات الشهير Rainey Chert، وهو رواسب رسوبية اسكتلندية بالقرب من قرية Rainey في أبردينشاير. يحتوي الموقع على أدلة على أقدم النظم البيئية على كوكب الأرض – عندما تطورت النباتات البرية لأول مرة وبدأت تدريجياً في تغطية السطح الصخري للأرض، مما يجعلها صالحة للسكن.

وكشفت النتائج عن الأوراق والأنظمة الإنجابية أستروكسيلون ماكيوعادة ما يتم ترتيبها في حلزونات غير فيبوناتشي، وهي نادرة في النباتات اليوم.

وهذا يغير فهم العلماء لحلزونات فيبوناتشي في النباتات البرية. يشير هذا إلى أن الزهرات غير الموجودة في فيبوناتشي كانت شائعة في الطحالب القديمة وأن تطور الزهرات الورقية اتخذ مسارين منفصلين. تتمتع أوراق نبات الطحالب القديمة بتاريخ تطوري مختلف تمامًا عن المجموعات الرئيسية الأخرى من النباتات اليوم، مثل السرخس والصنوبريات والنباتات المزهرة.

يمكن التعرف على الأوراق المغزلية المرتبة عند طرف براعم الحفرية أستروكسيلون ماكي. الجزء الأحفوري الرقيق رقم GLAHM Kid 2554 في مجموعات The Hunterian، جامعة جلاسكو.مصدر الصورة: تصوير ساندي هيذرينجتون. رقم العينة GLAHM Kid 2554 في مجموعة The Hunterian، جامعة جلاسكو

أنشأ الفريق نموذجًا ثلاثي الأبعاد أستروكسيلون ماكيإنه تعاون مع الفنان الرقمي مات هومباج باستخدام العرض الرقمي والطباعة ثلاثية الأبعاد لخلق أكثر من 400 مليون سنة من الانقراض.

وشملت الدراسة أيضًا باحثين من جامعة كوليدج كورك، أيرلندا، وجامعة مونستر، ألمانيا، واستديوهات نورثرن روك، المملكة المتحدة.

وقالت الدكتورة ساندي هيذرينجتون، عالمة الحفريات التطورية في جامعة إدنبرة ورئيسة المشروع: “إن نموذجنا لـ Asteroxylon mackiei يمكّننا من استكشاف بنية الأوراق ثلاثية الأبعاد لأول مرة. إن تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد لحفريات نباتية عمرها 407 مليون عام والاحتفاظ بها في يدك أمر لا يصدق حقًا. توفر النتائج التي توصلنا إليها وجهة نظر جديدة حول تطور حلزونات فيبوناتشي في النباتات.”

وقالت هولي آن تورنر، التي عملت في المشروع كطالبة جامعية في جامعة إدنبره وهي المؤلفة الأولى للدراسة: “Clubmos أستروكسيلون ماكي أحد أقدم الأمثلة على النباتات ذات الأوراق في السجل الأحفوري. وباستخدام عمليات إعادة البناء هذه، تمكنا من تتبع مجموعات فردية من الأوراق حول سيقان هذه النباتات المتحجرة التي يبلغ عمرها 407 ملايين سنة. يُظهر تحليلنا لبنية الأوراق في أستيروكسيلون أن النوادي المبكرة طورت أنماطًا حلزونية غير فيبوناتشي.

ملاحظة: هولي آن تورنر، وماثيو هومبيج، وهانز كيرب، وألكسندر ج. هيذرينجتون، 15 يونيو 2023، “تطورت الأوراق والأبواغ في شكل لولبي نادر غير فيبوناتشي في النباتات الورقية المبكرة” علوم.
دوى: 10.1126/science.adg4014

تم تمويل الدراسة من قبل المملكة المتحدة للأبحاث والابتكار (UKRI)، والجمعية الملكية، ومؤسسة الأبحاث الألمانية.