Phyllotaxis - Phyllotaxis

Kryssende spiraler av Aloe polyphylla

I botanikk er phyllotaxis eller phyllotaxy arrangementet av blader på en plantestamme (fra antikk gresk phýllon "blad" og táxis "arrangement"). Fyllotaktiske spiraler danner en særegen klasse av mønstre i naturen .

Bladarrangement

Motsatt bladmønster
Morsomt bladmønster
To forskjellige eksempler på det alternative (spiralformede) bladmønsteret

De grunnleggende arrangementene av blader på en stilk er motsatte og alternative (også kjent som spiral ). Blad kan også bli vridd hvis flere blader dukker opp, eller ser ut til å dukke opp, fra samme nivå (på samme knute ) på en stilk.

Veronicastrum virginicum har hvirvler av blader atskilt med lange internoder .

Med et motsatt bladarrangement oppstår to blader fra stammen på samme nivå (på samme knute ), på motsatte sider av stammen. Et motsatt bladpar kan tenkes som en virvel av to blader.

Med et alternativt (spiral) mønster, oppstår hvert blad på et annet punkt (node) på stammen.

Distishous leaf arrangement i Clivia

Distichous phyllotaxis, også kalt "to-rangert bladarrangement" er et spesielt tilfelle av enten motsatt eller alternativt bladarrangement der bladene på en stilk er ordnet i to vertikale kolonner på motsatte sider av stammen. Eksempler innbefatter forskjellige oppsvulmede planter som for eksempel Boophone . Det forekommer også i andre plante vaner slik som de av Gasteria eller Aloe frøplanter, og også i modne planter av beslektede arter som Kumara plicatilis .

En Lithops -art , som viser sin decussate vekst der et enkelt bladblad erstattes om gangen, og etterlater bare ett levende par aktive blader mens det gamle paret visner

I et motsatt mønster, hvis påfølgende bladpar er 90 grader fra hverandre, kalles denne vanen decussate . Det er vanlig hos medlemmer av familien Crassulaceae Decussate phyllotaxis forekommer også i Aizoaceae . I slekten til Aizoaceae, som Lithops og Conophytum , har mange arter bare to fullt utviklede blader om gangen, det eldre paret bretter seg tilbake og dør for å gi plass til det decussately orienterte nye paret når planten vokser.

Et decussate bladmønster

Det hvirvlede arrangementet er ganske uvanlig på planter bortsett fra de med spesielt korte internoder . Eksempler på trær med vridd phyllotaxis er Brabejum stellatifolium og den beslektede slekten Macadamia .

En hvirvel kan oppstå som en basal struktur der alle bladene er festet ved foten av skuddet og internodene er små eller ikke -eksisterende. En basalhvirvel med et stort antall blader spredt ut i en sirkel kalles en rosett .

Gjentagende spiral

Rotasjonsvinkelen fra blad til blad i en repeterende spiral kan representeres av en brøkdel av en full rotasjon rundt stammen.

Alternative distishous blader vil ha en vinkel på 1/2 av en full rotasjon. I bøk og hassel er vinkelen 1/3, i eik og aprikos er den 2/5, i solsikker , poppel og pære , 3/8, og i selje og mandel er vinkelen 5/13. Telleren og nevneren består normalt av et Fibonacci -nummer og den andre etterfølgeren. Antall blader kalles noen ganger rang, i tilfelle av enkle Fibonacci -forhold, fordi bladene står i linje med vertikale rader. Med større Fibonacci-par blir mønsteret komplekst og gjentar seg ikke. Dette har en tendens til å skje med en basal konfigurasjon. Eksempler kan finnes i kompositt blomster og frø hoder. Det mest kjente eksemplet er solsikkehodet . Dette fylotaktiske mønsteret skaper en optisk effekt av kryss og tvers kryssende spiraler. I den botaniske litteraturen er disse designene beskrevet av antall spiraler mot klokken og antall med spiraler. Disse viser seg også å være Fibonacci -tall . I noen tilfeller ser tallene ut til å være multipler av Fibonacci -tall fordi spiralene består av hvirvler.

Besluttsomhet

Mønsteret på blader på en plante kontrolleres til slutt av den lokale tømmingen av plantehormonet auxin i visse områder av meristemet . Blader initieres i lokaliserte områder der auxin er fraværende. Når et blad startes og begynner utvikling, begynner auxin å strømme mot det, og dermed tømmes auxin fra et annet område på meristemet der et nytt blad skal initieres. Dette gir opphav til et selvforplantende system som til syvende og sist styres av ebbe og strøm av auxin i forskjellige regioner i den meristematiske topografien .

Historie

Noen tidlige forskere - særlig Leonardo da Vinci - gjorde observasjoner av plantens spiralarrangementer. I 1754 observerte Charles Bonnet at spiralfyllotaksien til planter ofte ble uttrykt i både gylne snittserier med og mot klokken . Matematiske observasjoner av phyllotaxis fulgte med Karl Friedrich Schimper og hans venn Alexander Brauns arbeid fra henholdsvis 1830 og 1830; Auguste Bravais og broren Louis koblet phyllotaxis -forhold til Fibonacci -sekvensen i 1837.

Innsikt i mekanismen måtte vente til Wilhelm Hofmeister foreslo en modell i 1868. Et primordium , det gryende bladet, danner den minst overfylte delen av skuddmeristemet . Den gylne vinkelen mellom påfølgende blader er det blinde resultatet av denne tøffingen. Siden tre gyldne buer legger opp til litt mer enn nok til å vikle en sirkel, garanterer dette at ikke to blader noen gang følger den samme radielle linjen fra sentrum til kant. Den generative spiralen er en konsekvens av den samme prosessen som produserer spiralene med og mot klokken som dukker opp i tett pakkede plantestrukturer, for eksempel Protea blomsterskiver eller pinecone skalaer.

I moderne tid fortsatte forskere som Mary Snow og George Snow disse undersøkelseslinjene. Datamodellering og morfologiske studier har bekreftet og foredlet Hoffmeisters ideer. Det gjenstår spørsmål om detaljene. Botanikere er delt om hvorvidt kontrollen av bladmigrasjon er avhengig av kjemiske gradienter blant primordia eller rent mekaniske krefter. Lucas i stedet for Fibonacci -tall har blitt observert i noen få planter, og noen ganger ser det ut til at bladplasseringen er tilfeldig.

Matematikk

Fysiske modeller for fyllotaksi dateres tilbake til Airys eksperiment med å pakke harde kuler. Gerrit van Iterson diagrammert rutenett forestilt på en sylinder (Rhombic Lattices). Douady et al. viste at fylotaktiske mønstre dukker opp som selvorganiserende prosesser i dynamiske systemer. I 1991 foreslo Levitov at laveste energikonfigurasjoner av frastøtende partikler i sylindriske geometrier gjengir spiralene til botanisk fyllotaksi. Mer nylig har Nisoli et al. (2009) viste det for å være sant ved å konstruere en "magnetisk kaktus" laget av magnetiske dipoler montert på lagre stablet langs en "stamme". De demonstrerte at disse interagerende partiklene kan få tilgang til nye dynamiske fenomener utover det botanikk gir: en "Dynamical Phyllotaxis" -familie av ikke -lokale topologiske solitoner dukker opp i det ikke -lineære regimet til disse systemene, samt rent klassiske rotoner og maxoner i spekteret av lineære eksitasjoner .

Tett pakking av kuler genererer en dodecahedral tessellation med pentaprismiske ansikter. Pentaprismisk symmetri er relatert til Fibonacci -serien og den gylne delen av klassisk geometri.

Innen kunst og arkitektur

Phyllotaxis har blitt brukt som inspirasjon for en rekke skulpturer og arkitektoniske design. Akio Hizume har bygget og stilt ut flere bambustårn basert på Fibonacci -sekvensen som viser fylotaksi. Saleh Masoumi har foreslått et design for en bygård der leilighetens balkonger projiserer i et spiralarrangement rundt en sentral akse og hver og en ikke skygger for balkongen i leiligheten rett under.

Se også

Referanser