กิ่งก้านที่แหลมคมของต้นไม้ปริศนาลิง โจชัว บรูซ อัลเลน/Shutterstock

หากดวงตาของคุณเคยสนใจการเรียงตัวของใบไม้บนลำต้นของพืช พื้นผิวของสับปะรด หรือเกล็ดของต้นสน แสดงว่าคุณได้เห็นตัวอย่างรูปแบบทางคณิตศาสตร์ในธรรมชาติที่ยอดเยี่ยมโดยไม่รู้ตัว

สิ่งที่เชื่อมโยงลักษณะทางพฤกษศาสตร์เหล่านี้เข้าด้วยกันคือลักษณะร่วมของการเรียงตัวเป็นเกลียวซึ่งเป็นไปตามลำดับตัวเลขที่เรียกว่า ลำดับ Fibonacci. เกลียวเหล่านี้เรียกว่าเกลียวฟีโบนัชชีเพื่อความเรียบง่าย แพร่หลายอย่างมากในพืชและทำให้นักวิทยาศาสตร์หลงใหลตั้งแต่เลโอนาร์โด ดา วินชีไปจนถึงชาร์ลส์ ดาร์วิน

นั่นคือความแพร่หลายของเกลียวฟีโบนัชชีในพืชทุกวันนี้ ซึ่งเชื่อกันว่าพวกมันเป็นตัวแทนของ ความเก่าแก่และน่าอนุรักษ์อย่างยิ่งย้อนหลังไปถึงช่วงแรกๆ ของวิวัฒนาการพืชและคงอยู่ในรูปแบบปัจจุบัน

อย่างไรก็ตาม การศึกษาใหม่ ท้าทายมุมมองนี้ เราตรวจสอบเกลียวในใบไม้และโครงสร้างการสืบพันธุ์ของพืชฟอสซิลที่มีอายุย้อนหลังไปถึง 407 ล้านปี น่าแปลกที่เราค้นพบว่าวงก้นหอยทั้งหมดที่พบในสปีชีส์นี้ไม่เป็นไปตามกฎเดียวกันนี้ ปัจจุบัน มีต้นไม้เพียงไม่กี่ต้นเท่านั้นที่ไม่เป็นไปตามรูปแบบฟีโบนัชชี

 Holly-Anne Turner ผู้เขียนคนแรกของการศึกษา การสร้างแบบจำลอง 3 มิติแบบดิจิทัลของ Asteroxylon mackei ที่มหาวิทยาลัยเอดินเบอระ Luisa-Marie Dickenmann/มหาวิทยาลัยเอดินเบอระ, CC BY-NC-ND

Fibonacci Spirals คืออะไร?

เกลียวเกิดขึ้นบ่อยครั้งในธรรมชาติและสามารถเห็นได้ในใบพืช เปลือกสัตว์ และแม้กระทั่งในเกลียวคู่ของ DNA ของเรา ในกรณีส่วนใหญ่ เกลียวเหล่านี้จะเกี่ยวข้องกับลำดับฟีโบนัชชี ซึ่งเป็นชุดของตัวเลขที่แต่ละตัวเป็นผลรวมของตัวเลขสองตัวที่อยู่ข้างหน้า (1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21 และอื่นๆ)

รูปแบบเหล่านี้แพร่หลายโดยเฉพาะอย่างยิ่งในพืชและสามารถรับรู้ได้ด้วยตาเปล่า หากคุณหยิบลูกสนขึ้นมาและดูที่ฐาน คุณจะมองเห็นเกล็ดไม้ที่ก่อตัวเป็นเกลียวซึ่งลู่เข้าหาจุดที่ติดกับกิ่งไม้

ในตอนแรก คุณอาจมองเห็นเกลียวในทิศทางเดียวเท่านั้น แต่ดูใกล้ๆ แล้วคุณจะเห็นเกลียวทั้งตามเข็มนาฬิกาและทวนเข็มนาฬิกา ตอนนี้ให้นับจำนวนของเกลียวตามเข็มนาฬิกาและทวนเข็มนาฬิกา และในเกือบทุกกรณี จำนวนของเกลียวจะเป็นจำนวนเต็มในลำดับฟีโบนัชชี

รหัสสี pinecone เดียวกันเพื่อแสดงเกลียวตามเข็มนาฬิกา 8 อันและเกลียวทวนเข็มนาฬิกา 13 อัน 8 และ 13 เป็นตัวเลขเรียงกันในอนุกรมฟีโบนัชชี แซนดี้ เฮเธอริงตัน, ผู้เขียนให้ไว้

กรณีนี้ไม่ใช่กรณีพิเศษ ใน ศึกษา ที่วิเคราะห์ 6,000 pinecones พบ Fibonacci spirals ใน 97% ของ cones ที่ตรวจสอบ

เกลียวฟีโบนัชชีไม่ได้พบเฉพาะในโคนต้นสนเท่านั้น พบได้ทั่วไปในอวัยวะอื่นๆ ของพืช เช่น ใบและดอก

หากคุณดูที่ปลายยอดของใบไม้ เช่น ของต้นจิ๊กซอว์ลิง คุณจะเห็นใบไม้เรียงเป็นเกลียวโดยเริ่มจากปลายและค่อยๆ ม้วนเป็นทางรอบๆ ลำต้น ก ศึกษา จากจำนวนเกลียว 12,000 เส้นจากพืชกว่า 650 ชนิดพบว่าเกลียวฟีโบนัชชีเกิดขึ้นในกว่า 90% ของกรณีทั้งหมด

เนื่องจากความถี่ของพวกมันในพืชที่มีชีวิต เป็นที่เข้าใจกันมานานแล้วว่า Fibonacci spirals นั้นมีมาแต่โบราณและได้รับการอนุรักษ์อย่างสูงในพืชทุกชนิด เราเริ่มทดสอบสมมติฐานนี้ด้วยการตรวจสอบซากดึกดำบรรพ์ของพืชในยุคแรกเริ่ม

ตัวอย่างของพืชที่มีชีวิตด้วยเกลียวฟีโบนัชชี จากซ้ายไปขวา: ม้วนเป็นเกลียวในใบไม้ของต้นปริศนาลิง โคนต้นสน และในดอกเดซี่ริมทะเล แซนดี้ เฮเธอริงตัน, ผู้เขียนให้ไว้

เกลียวที่ไม่ใช่ฟีโบนัชชีในต้นพืช

เราตรวจสอบการจัดเรียงตัวของใบและโครงสร้างการสืบพันธุ์ของพืชกลุ่มแรกที่ทราบว่ามีการพัฒนาใบที่เรียกว่า คลับมอส.

โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เราศึกษาฟอสซิลพืชของสปีชีส์คลับมอสที่สูญพันธุ์ไปแล้ว แอสเทอรอกซีลอน แม็กกี้. ฟอสซิลที่เราศึกษาตอนนี้อยู่ในคอลเล็กชันของพิพิธภัณฑ์ในสหราชอาณาจักรและเยอรมนี แต่เดิมถูกรวบรวมมาจาก ไรนี่ เชิร์ต – แหล่งฟอสซิลทางตอนเหนือของสกอตแลนด์

เราถ่ายภาพฟอสซิลชิ้นบางๆ แล้วใช้เทคนิคการสร้างใหม่แบบดิจิทัลเพื่อให้เห็นภาพการจัดเรียง แอสเทอรอกซีลอน แมคกี้ ออกเป็น 3 มิติและหาจำนวนเกลียว

จากการวิเคราะห์นี้ เราพบว่าการจัดเรียงของใบไม้มีความแปรปรวนอย่างมากใน แอสเทอรอกซีลอน แม็กกี้. อันที่จริงแล้ว เกลียวที่ไม่ใช่ฟีโบนัชชีเป็นการจัดเรียงที่พบได้บ่อยที่สุด การค้นพบเกลียวที่ไม่ใช่ฟีโบนัชชีในซากดึกดำบรรพ์ในยุคแรกๆ นั้นน่าประหลาดใจเพราะพวกมันหายากมากในพืชที่มีชีวิตทุกวันนี้

การสร้างชีวิตของซากดึกดำบรรพ์ Asteroxylon mackei Matt Humpage / Northern Rogue Studios, CC BY-NC-ND

ประวัติศาสตร์วิวัฒนาการที่โดดเด่น

การค้นพบนี้เปลี่ยนความเข้าใจของเราเกี่ยวกับเกลียวฟีโบนัชชีในพืชบก พวกเขาแนะนำว่าเกลียวที่ไม่ใช่ฟีโบนัชชีมีมาแต่โบราณในคลับมอส ซึ่งทำให้มุมมองที่ว่าพืชใบทั้งหมดเริ่มผลิใบตามรูปแบบฟีโบนัชชี

นอกจากนี้ยังแสดงให้เห็นว่าวิวัฒนาการของใบไม้และเกลียวฟีโบนัชชีในคลับมอสมีประวัติวิวัฒนาการที่แตกต่างจากพืชมีชีวิตกลุ่มอื่นๆ ในปัจจุบัน เช่น เฟิร์น ต้นสน และไม้ดอก มันแสดงให้เห็นว่า Fibonacci spirals เกิดขึ้นแยกกันหลายครั้งตลอดวิวัฒนาการของพืช

งานนี้ยังเพิ่มชิ้นส่วนอีกชิ้นหนึ่งให้กับปริศนาของคำถามวิวัฒนาการที่สำคัญ นั่นคือเหตุใด Fibonacci spirals จึงพบได้ทั่วไปในพืชในปัจจุบัน

คำถามนี้ยังคงสร้างการถกเถียงในหมู่นักวิทยาศาสตร์ มีการเสนอสมมติฐานที่หลากหลายรวมถึง เพิ่มปริมาณแสงให้สูงสุด ที่แต่ละใบได้รับหรือถึง บรรจุเมล็ดอย่างมีประสิทธิภาพ. แต่การค้นพบของเราชี้ให้เห็นว่าข้อมูลเชิงลึกจากซากดึกดำบรรพ์และพืชอย่างคลับมอสอาจให้เบาะแสที่สำคัญในการหาคำตอบได้อย่างไร

เกี่ยวกับผู้เขียน

แซนดี้ เฮเธอริงตัน, นักชีววิทยาวิวัฒนาการพืช , มหาวิทยาลัยเอดินบะระ และ ฮอลลี-แอนน์ เทอร์เนอร์, ผู้สมัครปริญญาเอก, Palaeobotany, วิทยาลัยมหาวิทยาลัยคอร์ก

บทความนี้ตีพิมพ์ซ้ำจาก สนทนา ภายใต้ใบอนุญาตครีเอทีฟคอมมอนส์ อ่าน บทความต้นฉบับ.

หนังสือเกี่ยวกับสิ่งแวดล้อมจากรายการขายดีของ Amazon

"ฤดูใบไม้ผลิเงียบ"

โดยราเชล คาร์สัน

หนังสือคลาสสิกเล่มนี้เป็นจุดสังเกตในประวัติศาสตร์ของการอนุรักษ์สิ่งแวดล้อม ดึงความสนใจไปที่ผลกระทบที่เป็นอันตรายของสารกำจัดศัตรูพืชและผลกระทบต่อโลกธรรมชาติ งานของคาร์สันช่วยสร้างแรงบันดาลใจให้กับการเคลื่อนไหวด้านสิ่งแวดล้อมสมัยใหม่และยังคงมีความเกี่ยวข้องในปัจจุบัน ในขณะที่เรายังคงต่อสู้กับความท้าทายด้านสุขอนามัยสิ่งแวดล้อม

คลิกเพื่อดูข้อมูลเพิ่มเติมหรือสั่งซื้อ

"โลกที่ไม่เอื้ออำนวย: ชีวิตหลังภาวะโลกร้อน"

โดย David Wallace-Wells

ในหนังสือเล่มนี้ David Wallace-Wells นำเสนอคำเตือนที่ชัดเจนเกี่ยวกับผลกระทบร้ายแรงของการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศและความจำเป็นเร่งด่วนในการจัดการกับวิกฤตโลกนี้ หนังสือเล่มนี้ใช้การวิจัยทางวิทยาศาสตร์และตัวอย่างในโลกแห่งความเป็นจริงเพื่อให้มองเห็นอนาคตที่เราเผชิญหากเราไม่ดำเนินการ

คลิกเพื่อดูข้อมูลเพิ่มเติมหรือสั่งซื้อ

"ชีวิตที่ซ่อนอยู่ของต้นไม้: สิ่งที่พวกเขารู้สึก, วิธีที่พวกเขาสื่อสาร? การค้นพบจากโลกลับ"

โดย Peter Wohlleben

ในหนังสือเล่มนี้ Peter Wohlleben สำรวจโลกอันน่าทึ่งของต้นไม้และบทบาทของพวกมันในระบบนิเวศ หนังสือเล่มนี้ใช้การวิจัยทางวิทยาศาสตร์และประสบการณ์ของ Wohlleben ในฐานะนักป่าไม้ เพื่อนำเสนอข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับวิธีการอันซับซ้อนที่ต้นไม้มีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกันและกับโลกธรรมชาติ

คลิกเพื่อดูข้อมูลเพิ่มเติมหรือสั่งซื้อ

"บ้านเราติดไฟ: ฉากของครอบครัวและโลกในวิกฤต"

โดย Greta Thunberg, Svante Thunberg และ Malena Ernman

ในหนังสือเล่มนี้ Greta Thunberg นักเคลื่อนไหวด้านสภาพอากาศและครอบครัวของเธอนำเสนอเรื่องราวส่วนตัวเกี่ยวกับการเดินทางของพวกเขาเพื่อสร้างความตระหนักรู้เกี่ยวกับความจำเป็นเร่งด่วนในการจัดการกับการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ หนังสือเล่มนี้ให้เรื่องราวที่ทรงพลังและน่าประทับใจเกี่ยวกับความท้าทายที่เราเผชิญและความจำเป็นในการดำเนินการ

คลิกเพื่อดูข้อมูลเพิ่มเติมหรือสั่งซื้อ

"การสูญพันธุ์ครั้งที่หก: ประวัติศาสตร์ที่ผิดธรรมชาติ"

โดย Elizabeth Kolbert

ในหนังสือเล่มนี้ เอลิซาเบธ คอลเบิร์ตจะสำรวจการสูญพันธุ์ครั้งใหญ่อย่างต่อเนื่องของสิ่งมีชีวิตที่เกิดจากกิจกรรมของมนุษย์ โดยใช้การวิจัยทางวิทยาศาสตร์และตัวอย่างในโลกแห่งความเป็นจริงเพื่อให้เข้าใจถึงผลกระทบของกิจกรรมของมนุษย์ที่มีต่อโลกธรรมชาติ หนังสือเล่มนี้นำเสนอคำกระตุ้นการตัดสินใจที่น่าสนใจเพื่อปกป้องความหลากหลายของสิ่งมีชีวิตบนโลก

คลิกเพื่อดูข้อมูลเพิ่มเติมหรือสั่งซื้อ