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日本植物激发了重新计算用于模拟叶片排列模式的方程式

叶子可以享受它们的阴影,秋天的颜色或味道,植物上的叶子排列是识别物种的实用方法。然而,植物如何控制它们的叶子排列的细节在植物学中仍然是一个持久的谜。最近,一种具有独特叶片图案的日本植物物种揭示了几乎所有植物如何控制其叶片排列的意外洞察力。

“我们开发了新的模型来解释一种特殊的叶片排列模式。但事实上,它更准确地反映了一种特定植物的性质,但更多地反映了自然界观察到的几乎所有叶片排列模式的多样性范围,”副教授说。来自东京大学Koishikawa植物园的Munetaka Sugiyama。

所有的角度为了识别植物物种的叶片排列,植物学家测量叶子之间的角度,将茎从最老的叶子​​向上移动到最年轻的叶子。

常见的图案是对称的,叶子以90度(罗勒或薄荷),180度(茎秆,如竹子)的规则间隔排列,或者在斐波那契金角螺旋中(如某些球形仙人掌上的针,或多汁的螺旋芦荟) )。

Sugiyama的研究小组所研究的特殊模式被称为“orixate”,是日本,中国和朝鲜半岛的灌木种Orixa japonica。O. Japonica有时被用作树篱。O. Japonica叶子之间的角度是180度,90度,180度,270度,然后下一片叶子将图案重置为180度。

“我们的研究有可能真正了解自然界中的美丽图案,”Sugiyama说。植物的数学Sugiyama的研究团队通过对用于模拟叶片排列的现有数学方程式进行详尽测试来开始他们的调查。

自1996年以来,使用称为DC2(Douady和Couder 2)的等式对叶片布置进行了数学建模。该方程可以通过改变植物生理学的不同变量的值,例如不同植物器官之间的关系或植物内化学信号的强度,产生许多但不是全部的叶排列模式。

DC2有两个缺点,研究人员希望解决这个问题:无论将哪些值放入DC2方程中,都不会计算某些不常见的叶排列模式。Fibonacci螺旋叶片排列模式是迄今为止在自然界中观察到的最常见的螺旋模式,但仅比DC2方程计算的其他螺旋模式略微更常见。

一种奇特的图案

至少四种不相关的植物物种具有不寻常的orixate叶排列模式。研究人员怀疑,必须有可能使用所有植物共有的基本遗传和细胞机制来创建orixate模式,因为替代的可能性 - 相同的,非常不寻常的叶片排列模式进化四次或更多次 - 似乎太不可能了。

在DC2方程中使用的一个基本假设是叶子发出恒定信号以抑制附近其他叶子的生长,并且信号在较长距离处变弱。研究人员怀疑该信号可能与植物激素生长素有关,但确切的生理学仍然未知。

罕见的模式和共同规则

“我们改变了这一个基本假设 - 抑制力不是恒定的,但实际上随着年龄的变化而变化。我们测试了年龄越大,增加和减少的抑制能力,并且发现当老叶具有更强的抑制作用时,计算出特殊的orixate模式。 ,“杉山说。

这种对抑制信号功率随年龄变化的见解可用于指导未来对植物发育的遗传学或生理学的研究。

研究人员称这个等式的新版本为EDC2(Expanded Douady and Couder 2)。

该研究论文的第一作者,博士生Takaaki Yonekura,设计了计算机模拟,以生成由EDC2计算的数千个叶片排列模式,并计算生成相同模式的频率。EDC2更频繁地计算在自然界中更常见的模式,进一步支持用于创建公式的思想的准确性。

“还有其他非常不寻常的叶子排列模式,我们的新配方仍未解释。我们现在正在尝试设计一种新概念,可以解释所有已知的叶片排列模式,而不仅仅是几乎所有模式,”Sugiyama说。

自己动手 - 识别模式

专家建议在确定植物的叶片排列或叶序,模式时,观察一组相对较新的叶片。(在希腊语中,phyllon表示叶子。)较旧的叶子可能已经转动(由于风或阳光照射),这使得很难确定它们与茎的真实连接角度。

将茎视为一个圆圈,首先要仔细观察圆圈上最老和第二老叶子的附着位置。这两片叶子之间的角度是第一个“发散角”。继续确定茎上越来越年轻的叶子之间的分歧角度。发散角的模式是叶排列模式。

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