As novas descobertas destroem velhas crenças sobre as espirais de Fibonacci

As folhas da árvore do quebra-cabeça do macaco mostram espirais de Fibonacci. Crédito: Foto da Dra. Sandy Hetherington.

Um modelo 3D de um fóssil de planta com 407 milhões de anos remodelou a nossa compreensão da evolução das folhas. Este estudo também forneceu novas perspectivas sobre os padrões notáveis ​​observados nas plantas.

Os arranjos foliares das primeiras plantas diferiam daqueles de muitas plantas contemporâneas, desafiando a crença popular sobre o início do famoso padrão matemático observado na natureza, de acordo com estudos recentes. Os resultados indicam que as configurações espirais típicas das folhas que vemos agora na natureza não prevaleciam nas primeiras plantas terrestres que apareceram pela primeira vez no nosso planeta.

Em vez disso, descobriu-se que plantas antigas tinham outro tipo de caracol. Isto nega uma teoria mais antiga sobre a evolução das espirais das folhas das plantas, sugerindo que elas evoluíram ao longo de dois caminhos evolutivos separados. Seja o vasto redemoinho de um tornado ou as complexas espirais de um tornado ADN As espirais de dupla hélice são comuns na natureza e a maioria delas pode ser descrita pela famosa série matemática sequência de Fibonacci.

Nomeada em homenagem ao matemático italiano Leonardo Fibonacci, esta sequência constitui a base para muitos dos padrões mais eficientes e impressionantes da natureza. As espirais são comuns nas plantas, com as espirais de Fibonacci constituindo mais de 90% das espirais. Cabeças de girassol, pinhas, abacaxis e plantas suculentas têm essas espirais distintas em pétalas de flores, folhas ou sementes.

Hastes fósseis impressas em 3D colocadas ao lado de licófitas vivas. crédito: dr. Sandy Hetherington

A razão pela qual as espirais de Fibonacci, também conhecidas como código secreto da natureza, são tão comuns nas plantas tem intrigado os cientistas durante séculos, mas a sua origem evolutiva tem sido largamente ignorada.

Com base na sua ampla distribuição, há muito se supõe que as espirais de Fibonacci eram uma característica antiga que evoluiu nas primeiras plantas terrestres e foi amplamente conservada nas plantas. No entanto, uma equipa internacional liderada pela Universidade de Edimburgo desmascarou esta teoria com a descoberta de espirais não-Fibonacci num fóssil de planta com 407 milhões de anos.

Usando técnicas de reconstrução digital, os pesquisadores produziram os primeiros modelos 3D de brotos folhosos em uma planta de alga fóssil Astroxylon Maki Membro do grupo mais antigo de plantas folhosas.

O fóssil excepcionalmente bem preservado foi encontrado no famoso local de escavação de sílex de Rhynie, um depósito sedimentar escocês perto da vila de Rhynie, em Aberdeenshire. O local contém evidências de alguns dos ecossistemas mais antigos do planeta – quando as plantas terrestres evoluíram e gradualmente começaram a cobrir a superfície rochosa da Terra, tornando-a habitável.

Os resultados mostraram que as folhas são estruturas reprodutivas em Astroxylon Makieram comumente organizados em espirais não-Fibonacci e são raros nas plantas hoje.

Isto muda a compreensão dos cientistas sobre as espirais de Fibonacci nas plantas terrestres. Isto sugere que as espirais não-Fibonacci eram comuns em algas antigas e que a evolução das espirais das folhas divergiu em dois caminhos separados. Os musgos de folhas antigas tiveram uma história evolutiva bastante distinta de outros grupos importantes de plantas atuais, como samambaias, coníferas e plantas com flores.

Folhas dispostas em espiral podem ser reconhecidas na ponta dos brotos fósseis Astroxylon Maki. Número de seção fina fóssil GLAHM Kid 2554 em The Hunterian Collections, Universidade de Glasgow. Crédito: Foto de Sandy Hetherington. Número de amostra GLAHM Kid 2554 em The Hunterian Collections, Universidade de Glasgow

A equipe criou um modelo 3D de Astroxylon Makique foi extinto há mais de 400 milhões de anos, através do trabalho do artista digital Matt Homepage, utilizando renderização digital e impressão 3D.

O estudo também incluiu pesquisadores da University College Cork, na Irlanda, da Universidade de Münster, na Alemanha, e do Northern Rouge Studios, no Reino Unido.

Sandy Hetherington, paleobióloga evolucionista e líder do projeto na Universidade de Edimburgo, disse: “Nosso modelo de Asteroxylon mackiei nos permite examinar o arranjo das folhas em 3D pela primeira vez. A tecnologia de impressão 3D de uma planta de 407 milhões de anos fóssil e segurá-lo na mão é incrível. Na verdade, nossas descobertas dão uma nova perspectiva sobre a evolução das espirais de Fibonacci nas plantas.

Holly Ann Turner, que trabalhou no projeto como estudante de graduação na Universidade de Edimburgo e primeira autora do estudo, disse: Astroxylon Maki É um dos exemplos mais antigos de plantas com folhas no registro fóssil. Usando estas reconstruções, conseguimos rastrear espirais individuais de folhas em torno dos caules destas plantas fósseis com 407 milhões de anos. Nossa análise do arranjo das folhas em Asteroxylon mostra que as primeiras algas desenvolveram padrões espirais não-Fibonacci.

Referência: “Folhas e cistos de esporos evoluem em espirais raras não-Fibonacci em plantas com folhas precoces” por Holly Ann Turner, Matthew Homepage, Hans Kerb e Alexander J. Hetherington, 15 de junho de 2023, Ciências.
doi: 10.1126/science.adg4014

O estudo foi financiado pela Pesquisa e Inovação do Reino Unido (UKRI), pela Royal Society e pela Fundação Alemã de Pesquisa.