Необученом оку може се чинити да биљке расту прилично импулсивно, насумично искачу лишће да би створиле једну велику зелену грозницу. Погледајте ипак ближи поглед и установићете да се по читавом природном свету појављује неколико необично правилних узорака, од уравнотежене симетрије изданака бамбуса до очаравајуће спирале сукулента.
У ствари, ови обрасци су довољно доследни да хладна и тврда математика може прилично добро да предвиди органски раст. Једна претпоставка која је била централна за проучавање филотаксије, односно обрасца лишћа, јесте да лишће штити њихов лични простор. На основу идеје да већ постојећи листови имају инхибицијски утицај на нове, одајући сигнал да спрече друге да расту у близини, научници су створили моделе који могу успешно да рекреирају многе природне дизајне. На пример, увек фасцинантна секвенца Фибонаццијева показује се у свему, од аранжмана са семенкама сунцокрета до шкољки наутилуса до борових конуса. Тренутни консензус је да су за кретање хормона раста ауксин и протеини који га транспортују кроз биљку одговорни за такве обрасце.
Распоред листова са једним листом по чвору назива се алтернативни филотаксис, док распоред са два или више листова по чвору назива се уклесани филотаксис. Најчешћи алтернативни типови су дистицхоус пхиллотакис (бамбус) и Фибонаццијева спирална филотакис (сочна спирална алое), а уобичајени вијугави типови су децусат пхиллотакис (босиљак или мента) и трикусатни филотакис ( Нериум олеандер, понекад познат као догбане). (Такааки Ионекура под ЦЦ-БИ-НД) Међутим, одређени аранжмани са лишћем настављају да ометају популарне моделе за раст биљака, укључујући Доуади и Цоудер једнаџбе (познате као ДЦ1 и ДЦ2) који су доминирали од 1990-их. Тим који су предводили истраживачи са Универзитета у Токију проучавао је грм познат као Орика јапоница, открио је да раније једнаџбе не могу створити необичну структуру биљке, па су одлучили да преиспитају сам модел. Њихов ажурирани модел, описан у новој студији ПЛОС Цомпутатионал Биологи, не само да репродукује некада неухватљив образац, већ може описати и друге, чешће аранжмане боље од претходних једначина, кажу аутори.
„У већини биљака филотактички обрасци имају симетрију - спиралну симетрију или радијалну симетрију“, каже физиолог биља са Универзитета у Токију Мунетака Сугииама, виши аутор нове студије. „Али у овој посебној биљци, Орика јапоница, филотактички образац није симетричан, што је врло интересантно. Пре више од 10 година дошла ми је идеја да неке промене инхибицијске моћи сваког приморцијума листова могу да објасне овај осебујни образац. "
Ботаничари користе дивергентне углове или углове између узастопних листова да би одредили филотаксију биљке. Док већина образаца распореда лишћа одржава стални кут дивергентности, грм О. јапоница, који је родом из Јапана и других делова Источне Азије, расте лишће у наизменичном низу од четири угла који се понављају: 180 степени, поново 90 степени, 180 степени, затим 270 степени.
Грм Орика јапоница са видљивим различивим угловима лишћа. (Кверт1234 преко Викицоммонса под ЦЦ БИ-СА 4.0) Овај образац, који су истраживачи назвали „оријентацијском“ филотаксијом, није само једнократна аномалија, јер биљке из других својти (попут „цветове црвеног покера“ Книпхофиа увариа или крепа мирта Лагерстроемиа индица ) наизменично остављају своје лишће. компликована секвенца. Будући да се распоред листа појављује на различитим тачкама еволуцијског стабла, аутори су закључили да је сличност настала из заједничког механизма који је оправдавао даља проучавања.
Након тестирања Доуади и Цоудер једнаџбе с различитим параметрима, аутори су могли произвести обрасце који су били блиски алтернативном распореду ориксата, али ниједна од симулираних биљака није се савршено подударала с узорцима О. јапонице које су дисцифицирали и проучавали. Тако је тим изградио нови модел додавањем друге променљиве у Доуади и Цоудер једнаџбе: лисна доб. Бивши модели су претпоставили да инхибиторна моћ лишћа остаје иста током времена, али та константа „није била природна са становишта биологије“, каже Сугииама. Уместо тога, тим Сугииама дозволио је могућност да се јачина тих „задржавања“ сигнала током времена мења.
Резултирајући модели - које тим назива проширеним моделима Доуади и Цоудер, ЕДЦ1 и ЕДЦ2 - успели су да, путем компјутеризованог раста, поново створе замршене распореде листова О. јапоница . Поред овог подвига, проширене једнаџбе су такође произвеле све остале уобичајене узорке лишћа и прецизније предвиђале природне фреквенције ових сорти од претходних модела. Нарочито у случају биљака са узорком спирале, нови модел ЕДЦ2 предвиђао је „супер-доминацију“ Фибонаццијеве спирале у поређењу с другим уређењима, док претходни модели нису успели да објасне зашто се овај посебан облик чини свуда у природи.
„Наш модел, ЕДЦ2, може да створи оријентационе узорке поред свих главних типова филотаксије. Ово је очигледно предност у односу на претходни модел ”, каже Сугииама. „ЕДЦ2 се такође боље уклапа у природне појаве различитих образаца.“
Оставља на грани Орика јапонице (горња лева) и шематски дијаграм оријентационе филотаксије (десно). Оријентациони узорак приказује осебујну промену угла између листова у четири циклуса. Слика скенирајућег електронског микроскопа (у средини и доле лево) приказује зимску пупољку О. јапонице, где лишће прво почиње да расте. Примордијални листови су означени секвенцијално најстаријим листом као П8, а најмлађи лист као П1. Етикета О означава врх врха. (Такааки Ионекура / Акитосхи Ивамото / Мунетака Сугииама под ЦЦ-БИ) Аутори још не могу закључити шта тачно узрокује старост листа да утиче на ове обрасце раста, иако Сугииама нагађа да ће то можда имати везе са променама у систему за транспорт ауксина током развоја биљке.
Такве мистерије би се могле решити „притиском и потезањем“ између рачунских модела и лабораторијских експеримената, каже Циера Мартинез, рачунарски биолог који није био укључен у студију. Ауторски модел пружа узбудљив корак ка бољем разумевању филотаксије и оставља простор другим ботаничарима да попуне празнине дисекцијом и анализом биљака.
„Са моделима, иако можда још не знамо тачан механизам, барем нам се дају моћни трагови о томе шта да тражимо“, каже Мартинез у е-поруци. "Сада морамо само погледати молекуларне механизме у стварним постројењима како бисмо покушали открити шта модел предвиђа."
Поглед обрасца распореда листа одоздо на доле у „ориксатној“ филотакси као нови листови (црвени полукругови) формирају се из врха избојка (средишњи црни круг) и расту према вани. (Такааки Ионекура под ЦЦ-БИ-НД) Сугииамин тим још више ради на усавршавању свог модела и добијању свих познатих филотактичких образаца. Један „мистериозни“ образац листа, спирала с малим дивергентним углом, још увек се измиче рачунарским предвиђањима, иако Сугииама мисли да су близу пуцања лиснатог кода.
„Не мислимо да је наша студија практично корисна за друштво, “ каже Сугииама. „Али надамо се да ће допринети нашем разумевању симетричне лепоте у природи.“
