新しい発見はフィボナッチスパイラルに関する長年の信念を打ち砕く

4 億 700 万年前の植物化石の 3D モデルは、葉の進化に関する私たちの理解を再構築しました。 この研究は、植物で観察される興味深いパターンについての新たな視点も提供しました。

最近の研究によると、初期の植物の葉の配置は多くの現代の植物の葉の配置とは異なり、自然界で観察される有名な数学的パターンの始まりについての一般的な信念に疑問を投げかけています。 この結果は、現在自然界で見られる典型的ならせん状の葉の構成は、地球上に最初に出現した最初の陸上植物には普及していなかったということを示唆しています。

その代わりに、古代の植物には別の種類のカタツムリが存在することが判明しました。 これは、植物の葉の螺旋の進化に関する古い理論を反証し、それらが 2 つの別々の進化経路に沿って進化したことを示唆しています。 広大な竜巻の渦でも、複雑な渦巻の竜巻でも DNA 二重らせんスパイラルは自然界ではよく見られるもので、そのほとんどは有名な数学シリーズ フィボナッチ数列で説明できます。

イタリアの数学者レオナルド・フィボナッチにちなんで名付けられたこの数列は、自然界の最も効率的で印象的なパターンの多くの基礎を形成しています。 らせんは植物では一般的で、フィボナッチらせんがらせんの 90% 以上を占めます。 ヒマワリの頭、松ぼっくり、パイナップル、多肉植物の観葉植物には、花びら、葉、種子にこの独特の螺旋があります。

3D プリントされた化石茎が生きたヒヨコブサの隣に置かれています。 クレジット: Dr. サンディ・ヘザリントン

自然の秘密暗号としても知られるフィボナッチ螺旋がなぜ植物によく見られるのか、何世紀にもわたって科学者らを困惑させてきたが、その進化的起源はほとんど無視されてきた。

その広範な分布に基づいて、フィボナッチ螺旋は最初の陸上植物で進化し、植物内で高度に保存されるようになった古代の特徴であると長い間考えられていました。 しかし、エディンバラ大学率いる国際チームは、4億700万年前の植物化石から非フィボナッチ螺旋を発見し、この理論を否定した。

研究者らは、デジタル再構成技術を使用して、化石コケ植物の葉芽の最初の 3D モデルを作成しました。 アストロキシロンマキ 最古の葉物植物のグループのメンバー。

この非常に保存状態の良い化石は、アバディーンシャーのライニー村近くにあるスコットランドの堆積物である有名な化石遺跡ライニーチャートで発見された。 この遺跡には、陸上植物が最初に進化し、徐々に地球の岩石の表面を覆い始め、居住可能な環境になったときの、地球最古の生態系のいくつかの証拠が含まれています。

その結果、葉は生殖構造であることがわかりました。 アストロキシロンマキ、一般に非フィボナッチ螺旋に配置されており、今日の植物ではまれです。

これにより、陸上植物のフィボナッチ螺旋に対する科学者の理解が変わりました。 これは、非フィボナッチ螺旋が古代の藻類では一般的であり、葉の螺旋の進化が 2 つの別々の経路に分岐したことを示唆しています。 古代の葉苔は、シダ、針葉樹、顕花植物などの今日の他の主要な植物群とはまったく異なる進化の歴史を持っていました。

化石芽の先端には螺旋状に並んだ葉が認められる アストロキシロンマキ。 化石薄切片番号 GLAHM Kid 2554、グラスゴー大学ハンタリアン コレクション所蔵。 クレジット: サンディ・ヘザリントンによる写真。 グラスゴー大学ハンタリアンコレクションの標本番号GLAHM Kid 2554

チームは、の 3D モデルを作成しました。 アストロキシロンマキ4 億年以上前に絶滅したこの動物は、デジタル レンダリングと 3D プリントを使用したデジタル アーティストの Matt Homepage との共同作業を通じて制作されました。

この研究には、アイルランドのコーク大学ユニバーシティ・カレッジ、ドイツのミュンスター大学、英国のノーザン・ルージュ・スタジオの研究者も参加しました。

エディンバラ大学の進化古生物学者でプロジェクトリーダーのサンディ・ヘザリントン博士は、「私たちのアステロキシロン・マッキーのモデルにより、初めて3Dで葉の配置を調べることができるようになりました。4億700万年前の植物を3Dプリントする技術により、確かに、私たちの発見は、植物のフィボナッチ螺旋の進化について新たな視点を与えてくれます。

エディンバラ大学の学部生としてこのプロジェクトに取り組み、この研究の筆頭著者であるホリー・アン・ターナー氏は次のように述べた。 アストロキシロンマキ これは、化石記録にある葉を持つ植物の最も初期の例の 1 つです。 これらの再構成を使用して、これらの 4 億 700 万年前の化石植物の茎の周りの葉の個々の螺旋を追跡することができました。 アステオキシロンの葉の配置を我々が分析したところ、非常に初期の藻類は非フィボナッチ螺旋パターンを進化させたことが示された。

参考文献：「葉と胞子の嚢胞は、初期の葉物植物におけるまれな非フィボナッチ螺旋で進化する」Holly Ann Turner、Matthew Homepage、Hans Kerb、Alexander J. ヘザリントン、2023 年 6 月 15 日、こちらからご覧いただけます。 科学。
土井: 10.1126/science.adg4014

この研究は、英国研究イノベーション（UKRI）、王立協会、ドイツ研究財団から資金提供を受けました。