As novas descobertas destroem crenças de longa data sobre as espirais de Fibonacci

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 fascinantes observados nas plantas.

Os arranjos foliares das primeiras plantas diferem 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 sugerem que as configurações espirais típicas das folhas que vemos agora na natureza não prevaleciam nas primeiras plantas terrestres que apareceram no nosso planeta.

Em vez disso, ele descobriu que as plantas antigas tinham outro tipo de caracol. Isto refuta uma velha teoria sobre a evolução das espirais das folhas das plantas, sugerindo que elas evoluíram ao longo de dois caminhos evolutivos distintos. Seja o vasto vórtice 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 suas pétalas de flores, folhas ou sementes.

Caules fósseis impressos em 3D colocados ao lado de plantas vivas de cochonilha. 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, durante muito tempo assumiu-se que as espirais de Fibonacci eram uma característica antiga que evoluiu nas primeiras plantas terrestres e se tornou altamente conservada nas plantas. No entanto, uma equipa internacional liderada pela Universidade de Edimburgo dissipou 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 botões foliares em uma briófita fóssil Astroxylon Maki – Membro do grupo mais antigo de plantas folhosas.

O fóssil excepcionalmente bem preservado foi encontrado no famoso sítio fóssil Rhynie Chert, 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 folhas e 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 distintos. Os antigos musgos de folhas tiveram uma história evolutiva bastante distinta daquela de outros grandes grupos 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 com o artista digital Matt Hombag, 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, paleontóloga evolucionista e líder do projeto na Universidade de Edimburgo, disse: “Nosso modelo de Asteroxylon makiei nos permite examinar o arranjo 3D das folhas pela primeira vez. “A tecnologia de impressão 3D de plantas de 407 milhões de anos fósseis e segurá-los na mão é incrível.” Na verdade, as nossas descobertas dão uma nova perspectiva sobre a evolução das espirais de Fibonacci nas plantas.

Holly-Anne Turner, que trabalhou no projeto quando era estudante de graduação na Universidade de Edimburgo e primeira autora do estudo, disse: “A planta de musgo Astroxylon Maki É um dos exemplos mais antigos de plantas com folhas no registro fóssil. Usando estas reconstruções, conseguimos traçar 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 esporocistos evoluíram em raras espirais não-Fibonacci em plantas com folhas precoces” por Holly Ann Turner, Matthew Hombag, Hans Kirp 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.