I rami appuntiti di un albero di puzzle scimmia. Joshua Bruce Allen/Shutterstock
Se i tuoi occhi sono mai stati attratti dalla disposizione delle foglie sullo stelo di una pianta, dalla consistenza di un ananas o dalle squame di una pigna, allora hai inconsapevolmente assistito a brillanti esempi di schemi matematici in natura.
Ciò che lega insieme tutte queste caratteristiche botaniche è la loro caratteristica comune di essere disposte in spirali che aderiscono a una sequenza numerica chiamata the Sequenza di Fibonacci. Queste spirali, chiamate per semplicità spirali di Fibonacci, sono estremamente diffuse nelle piante e hanno affascinato scienziati da Leonardo da Vinci a Charles Darwin.
Tale è oggi la prevalenza delle spirali di Fibonacci nelle piante che si ritiene rappresentino un caratteristica antica e altamente conservata, risalenti alle prime fasi dell'evoluzione delle piante e persistenti nelle loro forme attuali.
Tuttavia, il nostro nuovo studio sfida questo punto di vista. Abbiamo esaminato le spirali nelle foglie e le strutture riproduttive di una pianta fossilizzata risalente a 407 milioni di anni fa. Sorprendentemente, abbiamo scoperto che tutte le spirali osservate in questa particolare specie non seguivano questa stessa regola. Oggi, solo pochissime piante non seguono uno schema di Fibonacci.
Holly-Anne Turner, prima autrice dello studio, ha creato modelli 3D digitali di Asteroxylon mackiei presso l'Università di Edimburgo. Luisa-Marie Dickenmann/Università di Edimburgo, CC BY-NC-ND
Cosa sono le spirali di Fibonacci?
Le spirali si verificano frequentemente in natura e possono essere viste nelle foglie delle piante, nei gusci degli animali e persino nella doppia elica del nostro DNA. Nella maggior parte dei casi, queste spirali si riferiscono alla sequenza di Fibonacci, un insieme di numeri in cui ciascuno è la somma dei due numeri che lo precedono (1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21 e così via).
Questi motivi sono particolarmente diffusi nelle piante e possono essere riconosciuti anche ad occhio nudo. Se si prende in mano una pigna e si osserva la base, si notano le scaglie legnose che formano spirali che convergono verso il punto di attacco con il ramo.
All'inizio, puoi individuare solo spirali in una direzione. Ma guarda da vicino e puoi vedere spirali sia in senso orario che antiorario. Ora conta il numero di spirali in senso orario e antiorario, e in quasi tutti i casi il numero di spirali sarà un numero intero nella sequenza di Fibonacci.
Lo stesso colore della pigna codificato per mostrare 8 spirali in senso orario e 13 in senso antiorario. 8 e 13 sono numeri consecutivi della serie di Fibonacci. Sandy Hetherington, Autore previsto
Questo caso particolare non è un caso eccezionale. In un studio che ha analizzato 6,000 pigne, le spirali di Fibonacci sono state trovate nel 97% delle pigne esaminate.
Le spirali di Fibonacci non si trovano solo nelle pigne. Sono comuni in altri organi vegetali come foglie e fiori.
Se guardi la punta di un germoglio frondoso, come quello di un albero dei puzzle delle scimmie, puoi vedere che le foglie sono disposte in spirali che iniziano dalla punta e si avvolgono gradualmente attorno allo stelo. UN studio di 12,000 spirali di oltre 650 specie di piante ha rilevato che le spirali di Fibonacci si verificano in oltre il 90% dei casi.
A causa della loro frequenza nelle specie vegetali viventi, si è a lungo pensato che le spirali di Fibonacci fossero antiche e altamente conservate in tutte le piante. Abbiamo deciso di testare questa ipotesi con un'indagine sui primi fossili di piante.
Esempi di piante viventi con spirali di Fibonacci. Da sinistra a destra: spirali nelle foglie di un albero del puzzle scimmia, una pigna e nel fiore di una margherita marina. Sandy Hetherington, Autore previsto
Spirali non di Fibonacci nelle prime piante
Abbiamo esaminato la disposizione delle foglie e le strutture riproduttive nel primo gruppo di piante noto per aver sviluppato foglie, chiamato muschi.
Nello specifico, abbiamo studiato i fossili vegetali delle specie estinte di muschio Asteroxylon mackiei. I fossili che abbiamo studiato sono ora ospitati in collezioni museali nel Regno Unito e in Germania, ma sono stati originariamente raccolti dal Rhynie Chert – un sito fossile nel nord della Scozia.
Abbiamo scattato immagini di sottili fette di fossili e poi abbiamo utilizzato tecniche di ricostruzione digitale per visualizzarne la disposizione Asteroxylon mackiei foglie in 3D e quantificare le spirali.
Sulla base di questa analisi, abbiamo scoperto che la disposizione delle foglie era molto variabile Asteroxylon mackiei. In effetti, le spirali non di Fibonacci erano la disposizione più comune. La scoperta di spirali non di Fibonacci in un fossile così antico è sorprendente in quanto oggi sono molto rare nelle specie vegetali viventi.
Ricostruzione della vita del fossile di Asteroxylon mackiei. Matt Humpage/Northern Rogue Studios, CC BY-NC-ND
Storia evolutiva distinta
Questi risultati cambiano la nostra comprensione delle spirali di Fibonacci nelle piante terrestri. Suggeriscono che le spirali non di Fibonacci fossero antiche nei muschi, ribaltando l'idea che tutte le piante frondose abbiano iniziato a coltivare foglie che seguivano il modello di Fibonacci.
Inoltre, suggerisce che l'evoluzione delle foglie e le spirali di Fibonacci nei muschi hanno avuto una storia evolutiva distinta da altri gruppi di piante viventi oggi, come felci, conifere e piante da fiore. Suggerisce che le spirali di Fibonacci siano emerse separatamente più volte durante l'evoluzione delle piante.
Il lavoro aggiunge anche un altro pezzo al puzzle di un'importante questione evolutiva: perché le spirali di Fibonacci sono così comuni nelle piante oggi?
Questa domanda continua a generare dibattito tra gli scienziati. Sono state proposte varie ipotesi, tra cui a massimizzare la quantità di luce che ogni foglia riceve oa imballare i semi in modo efficiente. Ma le nostre scoperte evidenziano come le intuizioni da fossili e piante come i muschi possono fornire indizi vitali per trovare una risposta.
Circa l'autore
Sandy Hetherington, Biologo evoluzionista vegetale, L'Università di Edimburgo ed Holly-Anne Turner, Dottorando, Paleobotanica, University College Cork
Questo articolo è ripubblicato da The Conversation sotto una licenza Creative Commons. Leggi il articolo originale.
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