Eine ungewöhnliche Anordnung der Blätter einer 407 Millionen Jahre alten versteinerten Pflanze erschwert das Verständnis der Wissenschaftler über die Pflanzenentwicklung.
Die meisten heute lebenden Landpflanzen weisen Spiralmuster auf, die der berühmten Fibonacci-Zahlenfolge ähneln. Da die Spiralen so häufig vorkommen, gehen Wissenschaftler davon aus, dass sich die Muster bei einigen der frühesten Landpflanzen entwickelt haben müssen. Aber die Blätter der alten Pflanze, die zu einer der ersten bekannten Pflanzengruppen gehört, die Blätter entwickelt haben, waren in Spiralen angeordnet, die nicht mit Fibonacci-Zahlen beschrieben werden können, berichten Forscher im 16. Juni Wissenschaft.
Die Studie „hilft uns zu verstehen, wie [the] Es wurde eine Vielfalt an Pflanzen geschaffen“, sagt die Botanikerin Barbara Ambrose, Leiterin der Laborforschung am New York Botanical Garden in New York City, die nicht an der Forschung beteiligt war.
In der Fibonacci-Folge ist jede Zahl die Summe der beiden vorherigen: 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13 und so weiter. Beispiele für Spiralen in Pflanzen, die Fibonacci-Zahlen beinhalten, finden sich neben vielen anderen Pflanzen in der Anordnung der Blätter einiger Sukkulenten, der Hochblätter eines Tannenzapfens und der Samen einer Sonnenblume (SN: 27.08.02).
Bei Pflanzen mit spiralförmigen Blattmustern können alle Blätter durch eine Reihe gekrümmter Linien beschrieben werden, die sich im Uhrzeigersinn von der Mitte aus winden, sowie durch eine Reihe gekrümmter Linien, die sich gegen den Uhrzeigersinn winden. Wenn die Zahlen der Kurven im Uhrzeigersinn und gegen den Uhrzeigersinn beide Zahlen sind, die in der Fibonacci-Folge vorkommen, spricht man von einer Fibonacci-Spirale.
Wissenschaftler sind sich nicht sicher, warum die meisten modernen Pflanzen die Fibonacci-Spirale übernehmen, aber sie könnte dabei helfen, den Abstand zwischen Blättern oder anderen Pflanzenteilen zu maximieren (SN: 21.07.07). Die Muster könnten auch durch die Verteilung von Auxinen, einer Art pflanzlichem Wachstumshormon, entstehen.
In der neuen Studie untersuchten Sandy Hetherington, Paläobotanikerin an der Universität Edinburgh, und Kollegen Fossilien ausgestorbener Tiere Asteroxylon mackieiein Mitglied einer Pflanzengruppe namens Lycopoden, zu der auch moderne Clubmoose gehören.
Die Fossilien wurden aus dem Rhynie-Hornstein gewonnen, einer etwa 400 Millionen Jahre alten Sedimentgesteinslagerstätte in Aberdeenshire, Schottland, die außergewöhnlich gut erhaltene Fossilien einiger der ersten Landpflanzen enthält. Im Jahr 1969 sammelten Forscher Hunderte von Querschnittsbildern von A. mackiei Fossilien und das umgebende Gestein. Hetheringtons Team rekonstruierte die Querschnitte digital in 3D-Darstellungen der ursprünglichen Pflanzen.
Zwei der vier rekonstruierten Pflanzen wiesen in ihrer Blattanordnung Nicht-Fibonacci-Spiralen auf. Beide Pflanzen hatten acht Spiralen gegen den Uhrzeigersinn (eine Fibonacci-Zahl). Aber eine hatte sieben Spiralen im Uhrzeigersinn und die andere hatte neun, was keine Fibonacci-Zahl ist.
Die Blätter der anderen beiden Pflanzen wuchsen überhaupt nicht spiralförmig, sondern in einer Reihe von Ringen, die entlang des Stängels gestapelt waren.
„Angesichts der Verbreitung von Fibonacci-Spiralen heute und in späteren Fossilienbeständen von Pflanzen haben wir definitiv Fibonacci-Spiralen erwartet“, sagt Studienkoautorin Holly-Anne Turner, Paläontologin jetzt am University College Cork in Irland. Der A. mackiei Fossilien stammen aus der Zeit vor den nächstfrüheren Lycopodenfossilien, die eine Nicht-Fibonacci-Spirale zeigen, und zwar um fast 50 Millionen Jahre.
Lycopodenblätter haben sich getrennt von den Blättern anderer Pflanzenarten entwickelt, aber einige moderne Lycopoden weisen tatsächlich eine Fibonacci-Spirale auf. Das deutet darauf hin, dass sich die spiralförmigen Muster möglicherweise in verschiedenen Pflanzenlinien getrennt entwickelt haben, sagt Peter Crane, ein Botaniker und Präsident der Oak Spring Garden Foundation in Upperville, Virginia, der nicht an der Studie beteiligt war.
A. mackiei ist nur eine Art, bemerkt Ambrose. Obwohl der Fossilienbestand lückenhaft ist, könnte die Rekonstruktion anderer früher Pflanzen weitere Hinweise darauf liefern, wie sich diese Spiralen in der Natur entwickelt haben.
Neue Computertechnologien bedeuten auch, dass es sich lohnt, Fossilien erneut zu untersuchen, die vor Jahrzehnten von Hand analysiert wurden, sagt Turner. Mit der Menge an Informationen und Details, die aus Computersimulationen gesammelt werden können, „könnte man etwas wirklich Großartiges finden.“