Het bestaan van planten gaat terug tot ongeveer 470 miljoen jaar geleden. Ze manifesteren zich in een groot aantal patronen, zoals de lay-out van hun bladeren, de manier waarop hun takken groeien en de symmetrie van hun bloemen. Eén patroon heeft wetenschappers echter bijzonder verbijsterd.
Spiralen, bekend als Fibonacci-spiralen, zijn een uniek patroon dat vaak in de natuur en voornamelijk in planten wordt gezien. Dit patroon is genoemd naar Leonardo Fibonacci, een Italiaanse wiskundige die in de 13e eeuw de rij van Fibonacci introduceerde.
Wetenschappers hebben lange tijd geloofd dat Fibonacci-spiralen een primitieve en goed bewaard gebleven eigenschap in planten zijn. Desalniettemin, een recente studie gepubliceerd in het tijdschrift Wetenschap betwist dit lang gekoesterde idee.
De bevindingen geven aan dat de rangschikking van bladeren in kenmerkende spiralen, die tegenwoordig veel voorkomen in de natuur, niet gebruikelijk was bij de oudste landplanten die voor het eerst het aardoppervlak bevolkten.
In plaats daarvan bleken de oude planten een ander type spiraal te hebben. Dit ontkent een lang gekoesterde theorie over de evolutie van bladspiralen van planten, wat aangeeft dat ze langs twee afzonderlijke evolutiepaden zijn geëvolueerd.
Of het nu de enorme werveling van een orkaan is of de ingewikkelde spiralen van de DNA dubbele helix, spiralen komen veel voor in de natuur en de meeste kunnen worden beschreven door de beroemde wiskundige reeks de Fibonacci-reeks; die de basis vormt van veel van de meest efficiënte en verbluffende patronen van de natuur.
Spiralen komen veel voor in planten, waarbij Fibonacci-spiralen meer dan 90% van de spiralen uitmaken. Zonnebloemkoppen, dennenappels, ananassen en sappige kamerplanten bevatten allemaal deze kenmerkende spiralen in hun bloembladen, bladeren of zaden.
Waarom Fibonacci-spiralen, ook wel bekend als de geheime code van de natuur, zo gewoon zijn in planten, heeft wetenschappers eeuwenlang verbijsterd, maar hun evolutionaire oorsprong is grotendeels over het hoofd gezien.
Op basis van hun wijdverbreide verspreiding is lang aangenomen dat Fibonacci-spiralen een oud kenmerk waren dat zich ontwikkelde in de vroegste landplanten en sterk geconserveerd werd in planten.
Nu heeft een internationaal team onder leiding van de Universiteit van Edinburgh, waaronder University College Cork (UCC) Holly-Anne Turner en onderzoekers van de Universiteit Münster, Duitsland, en Northern Rogue Studios, VK, deze theorie omvergeworpen met de ontdekking van niet-Fibonacci-spiralen in een 407 miljoen jaar oud plantenfossiel.
“De wolfsklauw Asteroxylon mackiei is een van de vroegste voorbeelden van een plant met bladeren in het fossielenarchief. Met behulp van deze reconstructies hebben we individuele spiralen van bladeren rond de stengels van deze 407 miljoen jaar oude fossiele planten kunnen volgen. Onze analyse van de bladschikking in Asteroxylon laat zien dat heel vroege wolfsklauwen non-Fibonacci-spiraalpatronen ontwikkelden”, aldus Holly-Anne Turner.
Met behulp van digitale reconstructietechnieken produceerden de onderzoekers de eerste 3D-modellen van bladscheuten in het fossiele wolfsklauwmos Asteroxylon mackiei - een lid van de vroegste groep bladplanten.
Het uitzonderlijk bewaard gebleven fossiel werd gevonden in de beroemde fossiele vindplaats de Rhynie chert, een Schotse sedimentaire afzetting in de buurt van het dorp Rhynie in Aberdeenshire.
De site bevat bewijs van enkele van de vroegste ecosystemen van de planeet - toen landplanten voor het eerst evolueerden en geleidelijk het rotsachtige oppervlak van de aarde begonnen te bedekken waardoor het bewoonbaar werd.
De bevindingen onthulden dat bladeren en voortplantingsstructuren in Asteroxylon mackiei meestal gerangschikt waren in niet-Fibonacci-spiralen die tegenwoordig zeldzaam zijn in planten.
Dit transformeert het begrip van wetenschappers van Fibonacci-spiralen in landplanten. Het geeft aan dat niet-Fibonacci-spiralen veel voorkwamen in oude wolfsklauwen en dat de evolutie van bladspiralen uiteenliep in twee afzonderlijke paden.
De bladeren van oude wolfsklauwen hadden een heel andere evolutionaire geschiedenis dan de andere grote plantengroepen van tegenwoordig, zoals varens, coniferen en bloeiende planten.
Het team creëerde het 3D-model van Asteroxylon mackiei, die al meer dan 400 miljoen jaar is uitgestorven, door samen te werken met digitale kunstenaar Matt Humpage, met behulp van digitale weergave en 3D-printen.
De studie werd oorspronkelijk gepubliceerd in het tijdschrift Wetenschap in juni 2023.
