ชีวิตทางคณิตศาสตร์ของพืช

เมล็ดของดอกทานตะวัน หนามของกระบองเพชร และกาบของต้นสน ล้วนก่อตัวเป็นเกลียวหมุนวน โครงสร้างทางธรรมชาติเหล่านี้มีความโดดเด่นในด้านความสม่ำเสมอและความสวยงาม และยังแสดงคุณสมบัติทางคณิตศาสตร์ที่น่าประหลาดใจอีกด้วยดอกไม้ฟางนี้แสดงรูปแบบก้นหอยที่เห็นได้ชัดเจนซึ่งสอดคล้องกับกฎทางคณิตศาสตร์ที่เรียบง่ายแต่ละเอียดอ่อน นักวิจัยเริ่มเข้าใจว่ากลไกการเจริญเติบโตทางชีวภาพสร้างรูปทรงเรขาคณิตที่ซับซ้อนเหล่านี้ได้อย่างไร

ISTOCKPHOTO

รูปทรงธรรมชาติ กาบบนโคนต้นสนนี้ประกอบเป็นเกลียว 13 วงตามเข็มนาฬิกา (ซ้าย) และ 8 วงเวียนทวนเข็มนาฬิกา (ขวา) หนึ่งเกลียวในแต่ละภาพจะถูกทำเครื่องหมายด้วยสีน้ำเงินเพื่อช่วยในการนับ

เป้าหมาย

เข็มโก้เก๋ ดอกตูมในภาพกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนของปลายกิ่งต้นสนนอร์เวย์เป็นดอกตูมที่จะพัฒนาเป็นเข็มในที่สุด

ATELA และ GOLE

เกลียวทอง ในแผนผังนี้ องค์ประกอบหมายเลขใหม่แต่ละรายการจะถูกวางไว้ที่มุมสีทองเมื่อเทียบกับองค์ประกอบก่อนหน้า โดยวัดจากกึ่งกลางของไดอะแกรม เกลียวที่วิ่งในทั้งสองทิศทางสร้างขึ้นจากองค์ประกอบที่ไม่ต่อเนื่องกันในซีรีส์

ร. รูทิสเฮาเซอร์

ฟิสิกส์ของพืช แรงแม่เหล็กที่กระทำต่อหยดน้ำมันที่ตกลงสู่จานทำให้เกิดเกลียวเป็นมุมสีทอง ตัวเลขระบุลำดับที่หยดถูกเพิ่ม

ดูดีและเคาเดอร์

ในกว่าร้อยละ 90 ของการก่อตัวของเกลียวที่เกิดจากพืช มุมระหว่างองค์ประกอบที่ต่อเนื่องกันของเกลียว เช่น ใบไม้บนลำต้น จะอยู่ที่ประมาณมุมสีทอง ปริมาณทางเรขาคณิตซึ่งมีค่าประมาณ 137.5° นั้นสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับ “อัตราส่วนทองคำ” ที่มีชื่อเสียงและได้รับการศึกษาครั้งแรกโดยชาวกรีกโบราณ นอกจากนี้ สิ่งที่ซ่อนอยู่ในวงก้นหอยของต้นไม้หลายชนิดคือรูปแบบที่เกี่ยวข้องกับลำดับตัวเลขฟีโบนัชชีอันเลื่องลือ ซึ่งมีความเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับอัตราส่วนทองคำ รูปแบบเกลียวที่เกี่ยวข้องกับมุมสีทองและลำดับฟีโบนัชชีปรากฏขึ้นทั่วโลกธรรมชาติในวัตถุต่างๆ เช่น กาแล็กซีและเปลือกหอย

นักวิทยาศาสตร์ค้นพบความสม่ำเสมอทางคณิตศาสตร์เหล่านี้ในรูปแบบก้นหอยของการเจริญเติบโตของพืชเมื่อหลายร้อยปีก่อน และทำให้เกิดความสับสนตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา ทำไมพืชถึงชอบมุมสีทองมากกว่าที่อื่น? แล้วพืชรู้เกี่ยวกับเลขฟีโบนัชชีได้อย่างไร?

เมื่อเร็ว ๆ นี้ นักชีววิทยา นักคณิตศาสตร์ นักฟิสิกส์ และนักวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์ได้เริ่มอธิบายว่าเหตุใดพืชจึงบรรลุผลสำเร็จทางคณิตศาสตร์ได้ ตอนนี้นักชีววิทยาเข้าใจชีวเคมีพื้นฐานที่ขับเคลื่อนรูปแบบการเจริญเติบโตของพืชที่เรียกว่าไฟโลแทกซิส และความรู้ดังกล่าวได้ป้อนเข้าไปในแบบจำลองทางคณิตศาสตร์และคอมพิวเตอร์ของกระบวนการ

ตั้งแต่ดาราศาสตร์ไปจนถึงสัตววิทยา

สมัครรับข้อมูลข่าววิทยาศาสตร์เพื่อสนองความกระหายใคร่รู้ของคุณสำหรับความรู้สากล

ติดตาม

นักวิทยาศาสตร์บางคนเริ่มจัดการกับปัญหาที่ยากขึ้น: ทำไมพืชบางชนิดถึงแสดงรูปแบบไฟโลแทกติกที่แปลกประหลาด ในรูปแบบการเติบโตแบบก้นหอยบางรูปแบบ มุมระหว่างองค์ประกอบที่ต่อเนื่องกันไม่ใช่มุมสีทอง แต่เป็นมุมประมาณ 99.5° มีแม้กระทั่งพืชที่มุมนั้นแปรผันอย่างเป็นระบบภายในการก่อตัวเป็นเกลียวเดียว และโครงสร้างแบบเกลียวในพืชบางชนิดจะเปลี่ยนจากรูปแบบหนึ่งไปสู่อีกรูปแบบหนึ่งเมื่อพืชเติบโต

“ธรรมชาติกำลังเล่นเกมทางเรขาคณิตกับไฟโลแทกซิส” โป อาเตลา นักคณิตศาสตร์จากวิทยาลัยสมิธในนอร์ทแธมป์ตัน รัฐแมสซาชูเซตส์กล่าว “ตอนนี้เรากำลังเริ่มค้นหาสาระสำคัญทางเรขาคณิตของสิ่งที่เกิดขึ้น”

แนะนำ : ข่าวดารา | กัญชา | เกมส์มือถือ | เกมส์ฟีฟาย | สัตว์เลี้ยง