Die neuen Erkenntnisse erschüttern lang gehegte Annahmen über Fibonacci-Spiralen

Ein 3D-Modell eines 407 Millionen Jahre alten Pflanzenfossils hat unser Verständnis der Blattentwicklung verändert. Diese Studie lieferte auch neue Perspektiven auf die faszinierenden Muster, die in Pflanzen beobachtet wurden.

Die Blattanordnung früher Pflanzen unterscheidet sich von der vieler zeitgenössischer Pflanzen und stellt laut neueren Studien die weit verbreitete Annahme über die Anfänge des berühmten mathematischen Musters in der Natur in Frage. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die typischen Spiralkonfigurationen der Blätter, die wir heute in der Natur sehen, bei den ersten Landpflanzen, die erstmals auf unserem Planeten auftauchten, nicht vorherrschten.

Stattdessen fand er heraus, dass es in alten Pflanzen eine andere Schneckenart gab. Dies widerlegt eine alte Theorie über die Entwicklung pflanzlicher Blattspiralen, die darauf hindeutet, dass sie sich auf zwei getrennten Evolutionspfaden entwickelt haben. Ob es sich um den riesigen Wirbel eines Tornados oder die komplexen Spiralen eines Tornados handelt DNA Doppelhelix-Spiralen kommen in der Natur häufig vor und die meisten von ihnen können durch die berühmte mathematische Reihe Fibonacci-Folge beschrieben werden.

Diese nach dem italienischen Mathematiker Leonardo Fibonacci benannte Sequenz bildet die Grundlage für viele der effizientesten und beeindruckendsten Muster der Natur. Spiralen sind in Pflanzen weit verbreitet, wobei Fibonacci-Spiralen mehr als 90 % der Spiralen ausmachen. Sonnenblumenköpfe, Tannenzapfen, Ananas und saftige Zimmerpflanzen haben diese charakteristischen Spiralen in ihren Blütenblättern, Blättern oder Samen.

3D-gedruckte fossile Stängel neben lebenden Cochinealpflanzen. Bildnachweis: Dr. Sandy Hetherington

Warum Fibonacci-Spiralen, auch als Geheimcode der Natur bekannt, in Pflanzen so häufig vorkommen, rätseln Wissenschaftler seit Jahrhunderten, ihr evolutionärer Ursprung wurde jedoch weitgehend übersehen.

Aufgrund ihrer weiten Verbreitung wurde lange angenommen, dass Fibonacci-Spiralen ein uraltes Merkmal seien, das sich in den ersten Landpflanzen entwickelte und in Pflanzen stark konserviert sei. Ein internationales Team unter der Leitung der Universität Edinburgh hat diese Theorie jedoch mit der Entdeckung von Nicht-Fibonacci-Spiralen in einem 407 Millionen Jahre alten Pflanzenfossil widerlegt.

Mithilfe digitaler Rekonstruktionstechniken erstellten die Forscher die ersten 3D-Modelle von Blattknospen in einem fossilen Moos Astroxylon Maki – Ein Mitglied der ältesten Gruppe von Blattpflanzen.

Das außergewöhnlich gut erhaltene Fossil wurde an der berühmten Fossilfundstelle Rhynie Chert gefunden, einer schottischen Sedimentablagerung in der Nähe des Dorfes Rhynie in Aberdeenshire. Die Stätte enthält Zeugnisse einiger der ältesten Ökosysteme des Planeten – als sich erstmals Landpflanzen entwickelten und nach und nach begannen, die felsige Oberfläche der Erde zu bedecken und sie bewohnbar zu machen.

Die Ergebnisse zeigten, dass Blätter und Fortpflanzungsstrukturen in… Astroxylon Makiwurden üblicherweise in Nicht-Fibonacci-Spiralen angeordnet und sind heute in Pflanzen selten.

Dies verändert das Verständnis der Wissenschaftler über Fibonacci-Spiralen in Landpflanzen. Dies deutet darauf hin, dass Nicht-Fibonacci-Spiralen in alten Algen häufig vorkamen und dass die Entwicklung der Blattspiralen in zwei getrennte Wege verlief. Die alten Blattmoose hatten eine Evolutionsgeschichte, die sich deutlich von der anderer großer heutiger Pflanzengruppen wie Farnen, Nadelbäumen und Blütenpflanzen unterschied.

An der Spitze der fossilen Triebe sind spiralförmig angeordnete Blätter zu erkennen Astroxylon Maki. Fossiler Dünnschliff mit der Nummer GLAHM Kid 2554 in The Hunterian Collections, University of Glasgow. Bildnachweis: Foto von Sandy Hetherington. Exemplar mit der Nummer GLAHM Kid 2554 in den Hunterian Collections, University of Glasgow

Das Team erstellte ein 3D-Modell von Astroxylon MakiDie vor mehr als 400 Millionen Jahren ausgestorben ist, durch die Zusammenarbeit mit dem Digitalkünstler Matt Hombag, der digitales Rendering und 3D-Druck einsetzte.

An der Studie beteiligten sich auch Forscher des University College Cork (Irland), der Universität Münster (Deutschland) und der Northern Rouge Studios (Großbritannien).

Sandy Hetherington, evolutionärer Paläontologe und Projektleiter an der Universität Edinburgh, sagte: „Unser Modell von Asteroxylon makiei ermöglicht es uns zum ersten Mal, die 3D-Anordnung von Blättern zu untersuchen.“ Die Technologie des 3D-Drucks einer 407 Millionen Jahre alten Pflanze Fossilien zu entdecken und sie in der Hand zu halten, ist unglaublich.“ Tatsächlich eröffnen unsere Ergebnisse eine neue Perspektive auf die Entwicklung der Fibonacci-Spiralen in Pflanzen.

Holly-Anne Turner, die als Studentin an der Universität Edinburgh an dem Projekt arbeitete und Erstautorin der Studie war, sagte: „Die Moospflanze Astroxylon Maki Es ist eines der ältesten Beispiele für Pflanzen mit Blättern im Fossilienbestand. Mithilfe dieser Rekonstruktionen konnten wir einzelne Blattspiralen um die Stängel dieser 407 Millionen Jahre alten fossilen Pflanzen verfolgen. Unsere Analyse der Blattanordnung in Asteroxylon zeigt, dass sehr frühe Algen Nicht-Fibonacci-Spiralmuster entwickelten.

Referenz: „Blätter und Sporozysten entwickelten sich in seltenen Nicht-Fibonacci-Spiralen in frühen Blattpflanzen“ von Holly Ann Turner, Matthew Hombag, Hans Kirp und Alexander J. Hetherington, 15. Juni 2023, Wissenschaften.
doi: 10.1126/science.adg4014

Die Studie wurde von UK Research and Innovation (UKRI), der Royal Society und der Deutschen Forschungsgemeinschaft finanziert.