古饮食周:斐波那契螺旋的古老秘密
植物学年鉴

古饮食周:斐波那契螺旋的古老秘密

侏罗纪针叶树中,较长的球果和顺时针螺旋结构导致种子排列更紧密。

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我们今天看到的绝大多数植物,其叶片、花朵或种子都以一种特殊的螺旋形排列,这种螺旋形排列基于与斐波那契数列相关的黄金角(137.5°)。这种精确的排列被认为能够最大程度地利用空间和阳光,以利于植物器官的生长。这种排列方式也十分古老——早在大约380亿年前的晚泥盆世,甚至更早,就已出现在化石记录中。

现代斐波那契螺旋线的显著例子包括向日葵的花盘、多肉植物的茎和叶以及针叶树的种子球果。

“斐波那契螺旋线占已记录的91% 叶序 Howell及其同事在最近发表于某特刊上的一篇新论文中写道:“这种叶序模式存在于650种被子植物和裸子植物中,尽管这种叶序类型也存在于蕨类植物、石松类植物、卷柏类植物、水韭类植物和苔藓类植物中。” Annals of Botany, “化石在重建植物进化中的作用。

历史上,科学家们一直认为,由于这种性状在植物中如此普遍,它必定是植物叶序的祖先状态。但最近的证据表明…… 紫苑木,以 石松 早泥盆世的化石使情况​​变得复杂,它“既有轮状纹路,也有非斐波那契螺旋纹路”,这表明斐波那契螺旋纹路可能是在叶类植物中后来演化出来的。

这一发现引出了一个问题:随着螺旋叶序的演化,形态如何影响功能?

研究人员选择了21个种子球果 奇异南洋杉本文研究了德国开姆尼茨自然博物馆古植物标本馆藏的南洋杉化石,探讨了其球果特征与种子堆积密度的相关性。 豪威尔 等 2026,图 2。 CC BY

所以, Howell及其同事利用距今165亿年的针叶树种子球果,着手分析侏罗纪中期种子球果的螺旋叶序。 南洋杉 奇迹 并检验针叶树球果的特征是否影响种子包装。

研究人员采用非破坏性微型CT扫描以及宏观形态测量,来探究锥轴、锥体比例(长度、宽度、周长)、手性(旋向)或其他因素是否会影响视锥体的形态。 帕拉斯蒂奇 属性会影响球果中的种子数量(种子含量)。

二十一件保存完好的 奇异曲虫 种子球果最初产自阿根廷巴塔哥尼亚的哈拉米略石化森林国家公园,从德国开姆尼茨自然博物馆的古植物收藏中挑选出来进行球果分析。

(A,B)微型CT扫描 奇异南洋杉 种子球果。(C) 标本 K5637 的分割图像显示了顺时针(绿色)和逆时针(紫色)的侧线,以三维形式呈现。比例尺:1 厘米。

总的来说,他们发现锥轴越长、螺旋越顺时针,锥果的种子含量就越高,这可能是锥果最佳包装的关键。

“根据本研究中观察到的相关性,顺时针方向的个体发育手性是一种有利的特征 奇异曲虫 霍威尔及其同事写道:“种子锥。”顺时针方向的排列与更紧密的螺旋和更多的种子相关。

通过对球果螺旋叶序进行这项详细的研究,Howell 及其同事首次记录了这些模式的生物学功能,并展示了它们与古代(或许还有现代)针叶树种子包装的关系。


阅读文章:

Howell,M., 罗斯勒,R.和 吉,C.(2025)叶序、个体发育和CT成像:理解中侏罗纪时期最佳种子排列的新旧方法 奇异南洋杉 锥体。 Annals of Botany,137(6),第 1817-1831 页。可访问: https://doi.org/10.1093/aob/mcaf325.


封面图片: S.雷 通过 iNaturalist CC BY 4.0的

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作者

Sarah Covshoff

莎拉是一位植物分子生物学家,她热衷于向普通大众和专家普及自然界的科学知识。她曾从事C4光合作用的博士后研究,现在专注于科学传播。

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