3D model 407 miliónov rokov starej fosílie rastliny zmenil naše chápanie evolúcie listov. Táto štúdia tiež poskytla nové pohľady na fascinujúce vzory pozorované v rastlinách.

Usporiadanie listov raných rastlín sa líšilo od usporiadania mnohých súčasných rastlín, čo podľa nedávnych štúdií spochybňuje všeobecnú vieru o počiatkoch slávneho matematického vzoru pozorovaného v prírode. Výsledky naznačujú, že typické špirálovité konfigurácie listov, ktoré teraz vidíme v prírode, neprevládali v prvých suchozemských rastlinách, ktoré sa prvýkrát objavili na našej planéte.

Namiesto toho zistil, že staré rastliny mali iný druh slimáka. To neguje staršiu teóriu o evolúcii rastlinných listových špirál, čo naznačuje, že sa vyvinuli pozdĺž dvoch samostatných evolučných ciest. Či už je to obrovský vír tornáda alebo zložité špirály tornáda DNA Dvojzávitnica Špirály sú v prírode bežné a väčšina z nich môže byť opísaná známym matematickým radom Fibonacciho postupnosti.

Táto sekvencia, pomenovaná po talianskom matematikovi Leonardovi Fibonaccim, tvorí základ mnohých najúčinnejších a najpôsobivejších vzorov prírody. Špirály sú u rastlín bežné, pričom Fibonacciho špirály tvoria viac ako 90 % špirál. Slnečnicové hlavy, šišky, ananásy a šťavnaté izbové rastliny majú tieto výrazné špirály vo svojich okvetných lístkoch, listoch alebo semenách.

3D tlačené fosílne stonky umiestnené vedľa živých rastlín košenila. Kredit: Dr. Sandy Hetherington

Prečo sú Fibonacciho špirály, známe aj ako tajný kód prírody, v rastlinách také bežné, vedcov po stáročia mátlo, no ich evolučný pôvod bol do značnej miery prehliadaný.

Na základe ich rozšírenej distribúcie sa dlho predpokladalo, že Fibonacciho špirály boli starodávnym znakom, ktorý sa vyvinul v prvých suchozemských rastlinách a stal sa vysoko konzervovaným v rastlinách. Medzinárodný tím pod vedením University of Edinburgh však túto teóriu rozptýlil objavom neFibonacciho špirál v 407 miliónov rokov starej fosílii rastlín.

Pomocou techník digitálnej rekonštrukcie vedci vytvorili prvé 3D modely listových výhonkov vo fosílnych riasach Astroxylon Maki – Člen najstaršej skupiny listnatých rastlín.

Mimoriadne dobre zachovaná fosília sa našla na slávnom nálezisku fosílií Rhynie chert, škótskom sedimentárnom ložisku neďaleko dediny Rhynie v Aberdeenshire. Miesto obsahuje dôkazy o niektorých z najstarších ekosystémov planéty – keď sa pozemné rastliny prvýkrát vyvinuli a postupne začali pokrývať skalnatý povrch Zeme, čím sa stal obývateľným.

Výsledky ukázali, že listy a reprodukčné štruktúry v Astroxylon Makiboli bežne usporiadané do neFibonacciho špirály a dnes sú v rastlinách zriedkavé.

To mení chápanie vedcov o Fibonacciho špirálach v suchozemských rastlinách. To naznačuje, že neFibonacciho špirály boli bežné v starovekých riasach a že vývoj listových špirál sa rozchádzal do dvoch samostatných dráh. Staroveké listové machy mali evolučnú históriu celkom odlišnú od histórie iných veľkých skupín dnešných rastlín, ako sú paprade, ihličnany a kvitnúce rastliny.

Na špičke fosílnych výhonkov možno rozpoznať špirálovito usporiadané listy Astroxylon Maki. Fosílny tenký rez číslo GLAHM Kid 2554 v Hunterian Collections, University of Glasgow. Poďakovanie: Foto od Sandy Hetherington. Číslo vzorky GLAHM Kid 2554 v The Hunterian Collections, University of Glasgow

Tím vytvoril 3D model Astroxylon MakiKtorá vyhynula pred viac ako 400 miliónmi rokov vďaka spolupráci s digitálnym umelcom Mattom Hombagom pomocou digitálneho vykresľovania a 3D tlače.

Štúdia zahŕňala aj výskumníkov z University College Cork, Írsko, University of Münster, Nemecko, a Northern Rouge Studios, Spojené kráľovstvo.

Dr Sandy Hetherington, evolučný paleontológ a vedúci projektu na Univerzite v Edinburghu, povedal: „Náš model Asteroxylon makiei nám umožňuje prvýkrát preskúmať 3D usporiadanie listov.“ Technológia 3D tlače 407 miliónov rokov stará rastlina fosílie a držať ich v ruke je neuveriteľné.“ Naše zistenia skutočne poskytujú nový pohľad na vývoj Fibonacciho špirál v rastlinách.

Holly-Anne Turner, ktorá na projekte pracovala ako vysokoškolská študentka na Univerzite v Edinburghu a prvá autorka štúdie, povedala: „Machová rastlina Astroxylon Maki Je to jeden z najstarších príkladov rastlín s listami vo fosílnom zázname. Pomocou týchto rekonštrukcií sme boli schopní sledovať jednotlivé špirály listov okolo stoniek týchto 407 miliónov rokov starých fosílnych rastlín. Naša analýza usporiadania listov v Asteroxylone ukazuje, že veľmi skoré riasy vyvinuli neFibonacciho špirálové vzory.

Odkaz: „Listy a sporocysty sa vyvinuli vo vzácnych non-Fibonacciho špirálach v skorých listových rastlinách“ od Holly Ann Turner, Matthew Hombag, Hans Kirp a Alexander J. Hetherington, 15. júna 2023, k dispozícii tu. vedy.
doi: 10.1126/science.adg4014

Štúdiu financovali UK Research and Innovation (UKRI), Kráľovská spoločnosť a Nemecká výskumná nadácia.