Thực vật cây cỏ thích sử dụng "toán học cao cấp" để tiến hóa

Đặc điểm chung của tất cả các đặc điểm thực vật này là chúng được sắp xếp theo hình xoắn ốc và tuân theo một dãy số được gọi là dãy Fibonacci.

Những xoắn ốc này, được gọi đơn giản là "xoắn ốc Fibonacci", rất phổ biến ở thực vật và đã thu hút các nhà khoa học từ Leonardo da Vinci đến Charles Darwin.

Sự phổ biến của xoắn ốc Fibonacci trong thực vật hiện đại được cho là đại diện cho một đặc điểm cổ xưa và được bảo tồn cẩn thận có từ giai đoạn đầu tiên của quá trình thực vật tiến hóa và tồn tại đến hiện tại.

Tuy nhiên, nghiên cứu gần đây của Sandy Hetherington, nhà sinh vật học tiến hóa thực vật, Đại học Edinburgh và Holly-Anne Turner, nhà nghiên cứu thực vật đang theo đuổi bằng tiến sĩ tại Đại học Cork, đã thách thức quan điểm này. Họ đã kiểm tra các vòng xoắn trên lá, cấu trúc sinh sản của một loài thực vật hóa thạch có niên đại 407 triệu năm, và họ phát hiện ra rằng tất cả các đường xoắn ốc quan sát được ở loài cổ xưa này không tuân theo cùng một quy luật.

Ngày nay, chỉ có một số ít thực vật là không tuân theo mô hình Fibonacci.

Xoắn ốc Fibonacci là gì?

Xoắn ốc xảy ra thường xuyên trong tự nhiên và có thể được nhìn thấy trong lá cây, vỏ ốc và thậm chí chuỗi xoắn kép của DNA của chúng ta. Hầu hết thời gian, các vòng xoắn ốc này liên quan đến dãy Fibonacci, một tập hợp các con số trong đó mỗi số là tổng của hai số đứng trước nó (1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21...).

Những mô hình này đặc biệt phổ biến ở thực vật và thậm chí có thể được phát hiện dễ dàng bằng mắt thường. Bạn có thể thấy các vảy gỗ tạo thành các hình xoắn ốc hội tụ về điểm cuống nếu bạn nhặt một quả thông và kiểm tra phần gốc.

Ban đầu, bạn chỉ có thể xác định các hình xoắn ốc theo một hướng. Tuy nhiên, nếu bạn chú ý kỹ hơn, bạn có thể thấy cả hình xoắn ngược chiều kim đồng hồ và kim đồng hồ. Trong hầu hết mọi trường hợp, số vòng xoắn sẽ là số nguyên trong dãy Fibonacci nếu bạn đếm số vòng xoắn theo chiều kim đồng hồ và ngược chiều kim đồng hồ.

Trường hợp cụ thể này không ngoại lệ. Các xoắn ốc Fibonacci được phát hiện ở 97% số quả được kiểm tra trong một nghiên cứu phân tích 6.000 quả thông.

Các cơ quan khác của nhiều loại cây, chẳng hạn như lá và hoa, cũng thường xuyên bị xoắn ốc Fibonacci.

Bạn có thể thấy những chiếc lá được sắp xếp theo hình xoắn ốc bắt đầu từ ngọn và dần dần uốn lượn quanh thân cây nếu bạn nhìn vào ngọn của chồi lá, chẳng hạn như chồi của cây khỉ. Theo một nghiên cứu về 12.000 hình xoắn ống từ hơn 650 loài thực vật, hơn 90% trường hợp các loài thực vật biểu hiện các hình xoắn giống Fibonacci.

Người ta từ lâu đã tin rằng xoắn ốc Fibonacci là "khuôn vàng thước ngọc" trong tất cả các loài thực vật vì tần suất xuất hiện dày đặc của xoắn ốc dạng Fibonacci trong các loài thực vật hiện hữu. Dựa trên hóa thạch thực vật nguyên, hai nhà sinh vật học Hetherington và Turner bắt đầu điều tra giả thuyết này.

Xoắn ốc phi Fibonacci ở thực vật nguyên

Trong nhóm thực vật đầu tiên được biết là có lá phát triển, được gọi là rêu móc, họ đã kiểm tra sự sắp xếp của lá và cấu trúc sinh sản.

Cụ thể, họ đã điều tra hóa thạch thực vật của loài rêu Asteroxylon mackiei đã tuyệt chủng. Các hóa thạch này hiện được lưu giữ trong các bộ sưu tập ở Anh và Đức, nhưng chúng thực sự được thu thập từ Rhynie chert, một địa điểm hóa thạch ở phía bắc Scotland.

Để hình dung cách sắp xếp của lá A.mackiei ở dạng 3D và định lượng các vòng xoắn, họ đã chụp ảnh các lát hóa thạch mỏng và sau đó sử dụng các kỹ thuật tái tạo kỹ thuật số.

Họ phát hiện ra rằng sự sắp xếp lá của A.mackiei rất khác nhau dựa trên phân tích này. Trên thực tế, cách sắp xếp phổ biến nhất là các đường xoắn ốc phi Fibonacci. Sự ngạc nhiên của hóa thạch sớm như vậy là việc tìm thấy các xoắn ốc không Poly Fibonacci là điều không bình thường vì chúng cực kỳ hiếm ở thực vật hiện đại.

Lịch sử tiến hóa riêng biệt

Những phát hiện này đã thay đổi hiểu biết của chúng ta về xoắn ốc Fibonacci ở thực vật trên cạn. Chúng chứng minh rằng các hình xoắn ốc phi Fibonacci đã có từ xa xưa ở rêu câu, ngược lại với quan điểm cho rằng tất cả các loài thực vật có lá đều bắt đầu mọc ra những chiếc lá tuân theo quy luật dãy số Fibonacci.

Ngoài ra, phát hiện này cho thấy rằng sự tiến hóa của lá và xoắn ốc Fibonacci ở rêu chùm có một lịch sử tiến hóa độc đáo so với các nhóm thực vật sống khác ngày nay, chẳng hạn như dương xỉ, cây lá kim và thực vật có hoa. Nói cách khác, trong suốt quá trình tiến hóa của thực vật, các xoắn ốc fibonacci xuất hiện nhiều lần một cách riêng biệt.

Công trình này cũng bổ sung một mảnh ghép khác cho câu hỏi tiến hóa quan trọng: tại sao xoắn ốc Fibonacci lại phổ biến ở thực vật ngày nay?

Các nhà khoa học tiếp tục thảo luận về vấn đề này. Nhiều giả thuyết đã được đề xuất, bao gồm cả việc xoắn ốc Fibonacci tối đa hóa lượng ánh sáng mà mỗi chiếc lá nhận được để sinh trưởng và phát triển một cách hiệu quả.

Cập nhật tin tức công nghệ mới nhất tại fanpage Công nghệ & Cuộc sống