Badania pokazują, że układ liści w najwcześniejszych roślinach różni się od większości współczesnych roślin, obalając długo utrzymywaną teorię dotyczącą pochodzenia słynnego wzoru matematycznego występującego w przyrodzie.
Odkrycia wskazują, że ułożenie liści w charakterystyczne spirale, które są powszechne w dzisiejszej przyrodzie, nie było powszechne w najstarszych roślinach lądowych, które jako pierwsze zasiedliły powierzchnię ziemi.
Zamiast tego stwierdzono, że starożytne rośliny mają inny rodzaj spirali. To zaprzecza długo utrzymywanej teorii ewolucji spirali liści roślin, wskazując, że ewoluowały one dwoma odrębnymi ścieżkami ewolucyjnymi.
Niezależnie od tego, czy jest to rozległy wir huraganu, czy zawiłe spirale podwójnej helisy DNA, spirale są powszechne w naturze i większość z nich można opisać za pomocą słynnego szeregu matematycznego ciągu Fibonacciego.
Ta sekwencja, nazwana na cześć włoskiego matematyka Leonarda Fibonacciego, stanowi podstawę wielu najbardziej wydajnych i oszałamiających wzorów natury.
Spirale są powszechne w roślinach, a spirale Fibonacciego stanowią ponad 90% spiral. Główki słonecznika, szyszki, ananasy i sukulenty zawierają te charakterystyczne spirale w płatkach kwiatów, liściach lub nasionach.
Dlaczego spirale Fibonacciego, znane również jako tajny kod natury, są tak powszechne w roślinach, przez wieki wprawiało naukowców w zakłopotanie, ale ich ewolucyjne pochodzenie było w dużej mierze pomijane.
Opierając się na ich powszechnym rozmieszczeniu, od dawna zakładano, że spirale Fibonacciego były starożytną cechą, która wyewoluowała w najwcześniejszych roślinach lądowych i została wysoce konserwatywna w roślinach.
Jednak międzynarodowy zespół kierowany przez Uniwersytet w Edynburgu obalił tę teorię, odkrywając spirale inne niż Fibonacciego w skamieniałości rośliny sprzed 407 milionów lat.
Korzystając z cyfrowych technik rekonstrukcji, naukowcy stworzyli pierwsze trójwymiarowe modele pędów liściastych skamieniałego widłaka Asteroxylon mackiei — członka najwcześniejszej grupy roślin liściastych.
Wyjątkowo zachowana skamielina została znaleziona w słynnym miejscu skamieniałości Rhynie chert, szkockim złożu osadowym w pobliżu wioski Rhynie w Aberdeenshire.
Strona zawiera dowody na istnienie niektórych z najwcześniejszych ekosystemów planety – kiedy rośliny lądowe po raz pierwszy ewoluowały i stopniowo zaczęły pokrywać skalistą powierzchnię ziemi, czyniąc ją nadającą się do zamieszkania.
Odkrycia ujawniły, że liście i struktury reprodukcyjne w Asteroxylon mackiei były najczęściej ułożone w spirale inne niż Fibonacciego, które są rzadkością w dzisiejszych roślinach.
Zmienia to wiedzę naukowców na temat spiral Fibonacciego w roślinach lądowych. Wskazuje to, że spirale inne niż Fibonacciego były powszechne u starożytnych mchów widłowych i że ewolucja spirali liści rozeszła się na dwie odrębne ścieżki.
Liście starożytnych mchów widłowych miały zupełnie odrębną historię ewolucyjną w stosunku do innych głównych grup dzisiejszych roślin, takich jak paprocie, drzewa iglaste i rośliny kwitnące.
Zespół stworzył model 3D wymarłego od ponad 400 milionów lat Asteroxylon mackiei, współpracując z artystą cyfrowym Mattem Humpagem, wykorzystując cyfrowy rendering i druk 3D.
Badania, których wyniki opublikowano w czasopiśmie Science, zostały sfinansowane przez UK Research and Innovation (UKRI), The Royal Society oraz German Research Foundation.
W badaniu uczestniczyli również naukowcy z University College Cork w Irlandii, University Münster w Niemczech i Northern Rogue Studios w Wielkiej Brytanii.
Dr Sandy Hetherington, paleobiolog ewolucyjny i kierownik projektu na Uniwersytecie w Edynburgu, powiedziała:
„Nasz model Asteroxylon mackiei pozwala nam po raz pierwszy zbadać ułożenie liści w 3D. Technologia drukowania w 3D skamieniałości roślin sprzed 407 milionów lat i trzymania ich w dłoni jest naprawdę niesamowita.
„Nasze odkrycia dają nowe spojrzenie na ewolucję spiral Fibonacciego w roślinach”.
Holly-Anne Turner, która pracowała nad projektem jako studentka na Uniwersytecie w Edynburgu i jest pierwszą autorką badania, powiedziała:
„Mech widłowy Asteroxylon mackiei jest jednym z najwcześniejszych przykładów rośliny z liśćmi w zapisie kopalnym.
„Korzystając z tych rekonstrukcji, byliśmy w stanie śledzić poszczególne spirale liści wokół łodyg tych kopalnych roślin sprzed 407 milionów lat. Nasza analiza ułożenia liści w Asteroxylonie pokazuje, że bardzo wczesne widłaki rozwinęły spiralne wzory inne niż Fibonacciego”.