초기 나뭇잎 패턴은 결국 피보나치 나선이 아니었다.
- 기초과학 / 문광주 기자 / 2023-06-21 20:48:41
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오늘날 지배적인 피보나치 배열은 원래의 기능이 아니라 시간이 지남에 따라 발전된 것
해바라기를 자세히 본 사람이라면 누구나 그 씨가 나선형으로 배열되어 있다는 것을 알아차렸을 것이다. 솔방울, 파인애플 다발 및 많은 즙이 많은 관엽 식물도 위에서 보면 비슷하게 나선형으로 보인다. 사실 대부분의 관다발 식물은 피보나치 나선이라고도 알려진 나선형 줄기, 잎 및 꽃 패턴을 가지고 있다.
자연의 비밀 코드
피보나치 나선은 이탈리아 수학자 레오나르도 피보나치의 이름을 따서 명명되었다. 다음 숫자는 항상 앞의 두 숫자, 즉 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89 등의 합을 형성하는 특별한 일련의 숫자가 그에게 돌아간다. 우연히도, 피보나치는 이 수열로 생물학의 "비밀 코드"를 풀었다. 그의 일련의 숫자가 자연의 가장 효율적인 패턴의 기초를 형성하기 때문이다.
식물계에서는 나뭇잎, 꽃, 씨앗을 위에서 바라볼 때 피보나치 수열을 볼 수 있다. 어떻게 보느냐에 따라 시계 방향과 반시계 방향의 나선을 형성한다. 시계 방향 및 시계 반대 방향 나선의 수는 항상 다르며 인접한 피보나치 수의 쌍을 형성한다. 예를 들어, 해바라기의 나선 비율은 34 대 55이고 솔방울의 나선 비율은 5 대 8입니다. 피보나치 배열은 식물의 각 잎이 충분한 빛을 받고 씨앗이 사용 가능한 공간을 최적으로 사용하도록 한다.
오늘날 덮개가 있고 씨가 벗겨진 모든 식물 종의 91% 이상이 피보나치 나선을 형성하므로 이것이 최초의 잎이 많은 식물에 나타난 원래의 잎과 꽃 패턴임에 틀림없다고 생각하는 것이 합리적이다.
3D로 본 최초의 단풍 식물
하지만 그게 정말 사실인가? 에든버러 대학의 Holly-Anne Turner가 이끄는 연구원들은 이제 이전에 확인되지 않은 이 가설을 테스트했다. 이를 위해 그들은 스코틀랜드 화석 유적지인 Rhynie Chert에서 발견된 4억 7백만 년 된 클럽모스과 Asteroxylon mackie 화석 표본의 잎 패턴을 재구성했다. Asteroxylon은 관다발 식물의 가장 초기 그룹의 구성원으로 간주되므로 잎 무늬의 조상 상태를 반영한다.
연구원들은 디지털 재구성 기술과 3D 프린팅을 사용하여 먼저 Asteroxylon의 잎싹의 3차원 모델을 만들었다. 모델을 사용하여 Turner와 그녀의 동료들은 식물의 잎이 한때 피보나치 나선으로 배열되었는지 아니면 다른 패턴으로 배열되었는지, 그리고 어떤 패턴이 원본인지 식별할 수 있었다.
처음에는 피보나치 나선이 없었다.
결과:
"잎 패턴은 표본마다 다르며 나선형과 소용돌이 유형을 모두 포함했다"고 Turner와 그녀의 팀은 보고했다. 그러나 두 유형 중 어느 것도 피보나치 나선을 나타내지 않았다. 소용돌이치는 나뭇잎 패턴은 시계 방향과 시계 반대 방향의 나선 수가 동일해 피보나치 패턴을 분명히 배제하기 때문에 의문의 여지가 없다고 과학자들은 말했다.
나선형 패턴에서 두 개의 나선형 유형은 서로 다른 숫자로 나타났지만, 피보나치 수열의 이웃 숫자와 일치하지 않았다. 이 Asteroxylon 표본의 오른쪽 나선과 왼쪽 나선의 나선 비율은 7대 8 또는 8대 9였다. Turner와 그녀의 팀에 따르면, 이러한 결과는 초기 석송류 식물이 이전에 생각했던 것과는 반대로 피보나치 나선을 형성하지 않았음을 시사한다. 따라서 이들은 아마도 잎 배열의 원래 형태가 아닐 것이다.
대신 연구원들은 이제 피보나치 나선이 시간이 지남에 따라 발전했다고 가정한다. 이것은 아마도 관다발 식물의 두 가지 주요 그룹인 클럽모스과와 유필로피테스에서 서로 독립적으로 발생했을 것이다.
(Science, 2023; doi:10.1126/science.adg4014)
출처: University of Edinburgh, Science
오늘날 지배적인 피보나치 배열은 원래의 기능이 아니라 시간이 지남에 따라 발전된 것
식물: 첫 번째 잎은 다른 방식으로 "돌았다"
초기 나뭇잎 패턴은 결국 피보나치 나선이 아니었다.
시간 경과에 따른 식물 수학:
오늘날 대부분의 식물 잎과 씨앗은 소위 피보나치 수열(고정 법칙이 있는 수학적 계열)에 해당하는 나선형으로 배열되어 있다. 그러나 과학자들이 지금 발견한 것처럼 항상 그런 것은 아니다. 이에 따르면 최초의 관다발 식물은 다른 소용돌이나 나선형 패턴을 가졌다. 따라서 오늘날 지배적인 피보나치 배열은 원래의 기능이 아니라 시간이 지남에 따라 발전된 것이다.
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| ▲ 이 Asteroxylon mackiei와 같은 최초의 잎이 많은 식물은 아직 피보나치 나선을 형성하지 않았다. © Matt Humpage, Northern Rogue Studios |
해바라기를 자세히 본 사람이라면 누구나 그 씨가 나선형으로 배열되어 있다는 것을 알아차렸을 것이다. 솔방울, 파인애플 다발 및 많은 즙이 많은 관엽 식물도 위에서 보면 비슷하게 나선형으로 보인다. 사실 대부분의 관다발 식물은 피보나치 나선이라고도 알려진 나선형 줄기, 잎 및 꽃 패턴을 가지고 있다.
자연의 비밀 코드
피보나치 나선은 이탈리아 수학자 레오나르도 피보나치의 이름을 따서 명명되었다. 다음 숫자는 항상 앞의 두 숫자, 즉 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89 등의 합을 형성하는 특별한 일련의 숫자가 그에게 돌아간다. 우연히도, 피보나치는 이 수열로 생물학의 "비밀 코드"를 풀었다. 그의 일련의 숫자가 자연의 가장 효율적인 패턴의 기초를 형성하기 때문이다.
식물계에서는 나뭇잎, 꽃, 씨앗을 위에서 바라볼 때 피보나치 수열을 볼 수 있다. 어떻게 보느냐에 따라 시계 방향과 반시계 방향의 나선을 형성한다. 시계 방향 및 시계 반대 방향 나선의 수는 항상 다르며 인접한 피보나치 수의 쌍을 형성한다. 예를 들어, 해바라기의 나선 비율은 34 대 55이고 솔방울의 나선 비율은 5 대 8입니다. 피보나치 배열은 식물의 각 잎이 충분한 빛을 받고 씨앗이 사용 가능한 공간을 최적으로 사용하도록 한다.
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| ▲ 해바라기 씨는 피보나치 나선으로 배열된다. © böhringer Friedrich /CC-by-sa 2.5 |
오늘날 덮개가 있고 씨가 벗겨진 모든 식물 종의 91% 이상이 피보나치 나선을 형성하므로 이것이 최초의 잎이 많은 식물에 나타난 원래의 잎과 꽃 패턴임에 틀림없다고 생각하는 것이 합리적이다.
3D로 본 최초의 단풍 식물
하지만 그게 정말 사실인가? 에든버러 대학의 Holly-Anne Turner가 이끄는 연구원들은 이제 이전에 확인되지 않은 이 가설을 테스트했다. 이를 위해 그들은 스코틀랜드 화석 유적지인 Rhynie Chert에서 발견된 4억 7백만 년 된 클럽모스과 Asteroxylon mackie 화석 표본의 잎 패턴을 재구성했다. Asteroxylon은 관다발 식물의 가장 초기 그룹의 구성원으로 간주되므로 잎 무늬의 조상 상태를 반영한다.
연구원들은 디지털 재구성 기술과 3D 프린팅을 사용하여 먼저 Asteroxylon의 잎싹의 3차원 모델을 만들었다. 모델을 사용하여 Turner와 그녀의 동료들은 식물의 잎이 한때 피보나치 나선으로 배열되었는지 아니면 다른 패턴으로 배열되었는지, 그리고 어떤 패턴이 원본인지 식별할 수 있었다.
처음에는 피보나치 나선이 없었다.
결과:
"잎 패턴은 표본마다 다르며 나선형과 소용돌이 유형을 모두 포함했다"고 Turner와 그녀의 팀은 보고했다. 그러나 두 유형 중 어느 것도 피보나치 나선을 나타내지 않았다. 소용돌이치는 나뭇잎 패턴은 시계 방향과 시계 반대 방향의 나선 수가 동일해 피보나치 패턴을 분명히 배제하기 때문에 의문의 여지가 없다고 과학자들은 말했다.
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| ▲ Asteroxylon의 이 화석 표본은 잎이 나선형으로 배열되어 있지만 7:8의 나선형 비율은 여전히 피보나치 스타일의 나선형에 충분하지 않다. © Sandy Hetherington |
나선형 패턴에서 두 개의 나선형 유형은 서로 다른 숫자로 나타났지만, 피보나치 수열의 이웃 숫자와 일치하지 않았다. 이 Asteroxylon 표본의 오른쪽 나선과 왼쪽 나선의 나선 비율은 7대 8 또는 8대 9였다. Turner와 그녀의 팀에 따르면, 이러한 결과는 초기 석송류 식물이 이전에 생각했던 것과는 반대로 피보나치 나선을 형성하지 않았음을 시사한다. 따라서 이들은 아마도 잎 배열의 원래 형태가 아닐 것이다.
대신 연구원들은 이제 피보나치 나선이 시간이 지남에 따라 발전했다고 가정한다. 이것은 아마도 관다발 식물의 두 가지 주요 그룹인 클럽모스과와 유필로피테스에서 서로 독립적으로 발생했을 것이다.
(Science, 2023; doi:10.1126/science.adg4014)
출처: University of Edinburgh, Science
[더사이언스플러스=문광주 기자]
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