Sự tồn tại của thực vật có thể bắt nguồn từ khoảng 470 triệu năm trước. Chúng thể hiện trong vô số kiểu mẫu, chẳng hạn như cách bố trí của lá, cách cành phát triển và sự đối xứng của hoa. Tuy nhiên, một mô hình đã khiến các nhà khoa học đặc biệt bối rối.
Xoắn ốc được gọi là xoắn ốc Fibonacci là một mô hình độc đáo thường thấy trong tự nhiên và chủ yếu ở thực vật. Mẫu này được đặt theo tên của Leonardo Fibonacci, một nhà toán học người Ý, người đã giới thiệu dãy Fibonacci vào thế kỷ 13.
Trong một thời gian dài, các nhà khoa học đã tin rằng xoắn ốc Fibonacci là một đặc điểm nguyên thủy và được bảo tồn cao ở thực vật. Tuy nhiên, một nghiên cứu gần đây được công bố trên tạp chí Khoa học bác bỏ ý tưởng đã có từ lâu này.
Các phát hiện chỉ ra rằng sự sắp xếp của những chiếc lá thành hình xoắn ốc đặc biệt, phổ biến trong tự nhiên ngày nay, không phổ biến ở những loài thực vật trên cạn cổ xưa nhất lần đầu tiên sinh sống trên bề mặt Trái đất.
Thay vào đó, những cây cổ thụ được phát hiện có một dạng xoắn ốc khác. Điều này phủ nhận một lý thuyết đã có từ lâu về sự tiến hóa của các vòng xoắn lá thực vật, chỉ ra rằng chúng tiến hóa theo hai con đường tiến hóa riêng biệt.
Cho dù đó là vòng xoáy rộng lớn của một cơn cuồng phong hay những vòng xoáy phức tạp của DNA xoắn kép, xoắn ốc phổ biến trong tự nhiên và hầu hết có thể được mô tả bằng chuỗi toán học nổi tiếng dãy Fibonacci; tạo thành cơ sở của nhiều mô hình hiệu quả và tuyệt đẹp nhất của tự nhiên.
Xoắn ốc phổ biến ở thực vật, với xoắn ốc Fibonacci chiếm hơn 90% số xoắn ốc. Đầu hướng dương, trái thông, dứa và các loại cây trồng trong nhà mọng nước đều bao gồm những hình xoắn ốc đặc biệt này trong cánh hoa, lá hoặc hạt của chúng.
Tại sao xoắn ốc Fibonacci, còn được gọi là mã bí mật của tự nhiên, rất phổ biến ở thực vật đã khiến các nhà khoa học bối rối trong nhiều thế kỷ, nhưng nguồn gốc tiến hóa của chúng phần lớn đã bị bỏ qua.
Dựa trên sự phân bố rộng rãi của chúng, từ lâu người ta đã cho rằng các xoắn ốc Fibonacci là một đặc điểm cổ xưa đã tiến hóa ở các loài thực vật trên cạn sớm nhất và được bảo tồn cao ở các loài thực vật.
Giờ đây, một nhóm quốc tế do Đại học Edinburgh dẫn đầu bao gồm Holly-Anne Turner thuộc Đại học Cork (UCC) và các nhà nghiên cứu tại Đại học Münster, Đức và Northern Rogue Studios, Vương quốc Anh, đã lật đổ lý thuyết này bằng việc phát hiện ra các xoắn ốc phi Fibonacci trong một hóa thạch thực vật 407 triệu năm tuổi.
“Rêu câu lạc bộ Asteroxylon mackiei là một trong những ví dụ sớm nhất về loài thực vật có lá trong hồ sơ hóa thạch. Sử dụng những công cụ tái tạo này, chúng tôi đã có thể theo dõi các vòng xoắn riêng lẻ của lá xung quanh thân của những cây hóa thạch 407 triệu năm tuổi này. Phân tích của chúng tôi về sự sắp xếp của lá ở Asteroxylon cho thấy rằng rêu câu rất sớm đã phát triển các mô hình xoắn ốc phi Fibonacci,” Holly-Anne Turner cho biết.
Sử dụng các kỹ thuật tái tạo kỹ thuật số, các nhà nghiên cứu đã tạo ra các mô hình 3D đầu tiên của chồi lá trong hóa thạch rêu Asteroxylon mackiei – một thành viên của nhóm thực vật có lá sớm nhất.
Hóa thạch được bảo quản đặc biệt được tìm thấy tại địa điểm hóa thạch nổi tiếng Rhynie chert, một mỏ trầm tích của Scotland gần làng Rhynie ở Aberdeenshire.
Địa điểm này chứa bằng chứng về một số hệ sinh thái sớm nhất của hành tinh - khi thực vật trên cạn lần đầu tiên phát triển và dần dần bắt đầu bao phủ bề mặt đá của Trái đất khiến nó có thể ở được.
Các phát hiện cho thấy rằng lá và cấu trúc sinh sản ở Asteroxylon mackiei, được sắp xếp phổ biến nhất theo hình xoắn ốc phi Fibonacci, điều rất hiếm gặp ở thực vật ngày nay.
Điều này làm thay đổi hiểu biết của các nhà khoa học về xoắn ốc Fibonacci ở thực vật trên cạn. Nó chỉ ra rằng các hình xoắn ốc phi Fibonacci phổ biến ở rêu câu cổ đại và sự tiến hóa của các hình xoắn ốc lá chuyển hướng thành hai con đường riêng biệt.
Lá của rêu câu cổ đại có một lịch sử tiến hóa hoàn toàn khác biệt với các nhóm thực vật chính khác ngày nay như dương xỉ, cây lá kim và thực vật có hoa.
Nhóm đã tạo ra mô hình 3D của Asteroxylon mackiei, loài đã tuyệt chủng hơn 400 triệu năm, bằng cách làm việc với nghệ sĩ kỹ thuật số Matt Humpage, sử dụng kết xuất kỹ thuật số và in 3D.
Nghiên cứu ban đầu được công bố trên tạp chí Khoa học vào tháng 6 2023.
