WikiDer > Филлотаксис
В ботаника, филлотаксис или же филлотаксия это расположение листья на стебель растения (из Древнегреческий филлон "лист" и Таксис "расположение").[1] Филлотактические спирали образуют особый класс закономерности в природе.
Термин был придуман Шарль Бонне описать расположение листьев на растении.[2]
Расположение листьев
Базовый расположение листьев на стебле находятся противоположный и чередовать (также известный как спираль). Листья также могут быть мутовчатый если несколько листьев возникают или кажутся возникающими на одном уровне (на одном уровне узел) на стебле.
При противоположном расположении листьев два листа выходят из стебля на одном уровне (на одном уровне узел) на противоположных сторонах стебля. Противоположную пару листьев можно представить как мутовку из двух листьев.
При альтернативном (спиралевидном) узоре каждый лист возникает в разных точках (узлах) стебля.
Особенный филлотаксис, также называемый «двухуровневым расположением листьев», представляет собой особый случай либо противоположного, либо альтернативного расположения листьев, когда листья на стебле располагаются в двух вертикальных столбцах на противоположных сторонах стебля. Примеры включают различные луковичные растения Такие как Boophone. Это также встречается у других растений привычки такие как у Гастерия или же Алоэ проростки, а также зрелые растения родственных видов, таких как Кумара Пликатилис.
В обратном случае, если следующие пары листьев расположены на расстоянии 90 градусов друг от друга, эта привычка называется перекрещиваться. Часто встречается у членов семьи Crassulaceae[3] Филлотаксис перекреста также встречается в Aizoaceae. В родах Aizoaceae, таких как Литопсы и Конофитум, многие виды имеют одновременно только два полностью развитых листа, более старая пара складывается и отмирает, чтобы освободить место для новой пары, ориентированной в перекрестном направлении, по мере роста растения.[4]
Мутовчатое расположение довольно необычно для растений, за исключением особенно коротких. междоузлия. Примеры деревьев с мутовчатым филлотаксисом: Brabejum stellatifolium[5] и родственный род Макадамия.[6]
Оборот может происходить как базальный структура, в которой все листья прикреплены к основанию побега, а междоузлия маленькие или отсутствуют. Прикорневую мутовку с большим количеством листьев, разложенных по кругу, называют мутовкой. розетка.
Повторяющаяся спираль
Угол поворота от листа к листу в повторяющейся спирали может быть представлен долей полного вращения вокруг стебля.
Чередующиеся двустенные листья будут иметь угол 1/2 полного оборота. В бук и орешник угол 1/3 дюйма дуб и абрикос это 2/5, в подсолнухи, тополь, и груша, это 3/8, а в ива и миндаль угол 5/13.[7] Числитель и знаменатель обычно состоят из Число Фибоначчи и его второй преемник. Количество листьев иногда называют рангом, в случае простых соотношений Фибоначчи, потому что листья выстраиваются в вертикальные ряды. С более крупными парами Фибоначчи паттерн становится сложным и неповторяющимся. Это обычно происходит с базальной конфигурацией. Примеры можно найти в составной цветы и семя головы. Самый известный пример - это подсолнечник голова. Этот филлотактический узор создает оптический эффект перекрещивающихся спиралей. В ботанической литературе эти конструкции описываются количеством спиралей против часовой стрелки и количеством спиралей по часовой стрелке. Они тоже оказываются Числа Фибоначчи. В некоторых случаях числа кажутся кратными числам Фибоначчи, потому что спирали состоят из завитков.
Определение
Рисунок листьев на растении в конечном итоге контролируется местным истощением растительного гормона. ауксин в определенных областях меристема.[8] Листья зарождаются в локализованных областях, где отсутствует ауксин.[оспаривается ] Когда лист запускается и начинает развиваться, ауксин начинает течь к нему, таким образом истощая ауксин из другой области на листе. меристема где должен быть начат новый лист. Это приводит к самораспространяющейся системе, которая в конечном итоге контролируется приливами и отливами ауксина в различных областях меристематический топография.[9]
История
Некоторые ранние ученые, особенно Леонардо да Винчи- наблюдал за спиральным расположением растений.[10] В 1754 г. Шарль Бонне заметил, что спираль филлотаксис растений часто выражались в обоих по часовой стрелке и против часовой стрелки Золотое сечение серии.[11] Математические наблюдения филлотаксиса сопровождались Карл Фридрих Шимпер и его друг Александр Браунработы 1830 и 1830 годов соответственно; Огюст Браве и его брат Луи соединили филлотаксисные отношения с Последовательность Фибоначчи в 1837 г.[11]
Заглянуть в механизм пришлось ждать, пока Вильгельм Хофмайстер предложил модель в 1868 году. зачаток, формирующийся лист, образует наименее многолюдную часть побега меристема. В золотой угол между следующими друг за другом листьями - слепой результат этого столкновения. Поскольку трех золотых дуг в сумме чуть больше, чем достаточно, чтобы обернуть круг, это гарантирует, что никакие два листа никогда не будут следовать одной и той же радиальной линии от центра к краю. Генеративная спираль является следствием того же процесса, который производит спирали по часовой стрелке и против часовой стрелки, которые появляются в плотно упакованных растительных структурах, таких как Protea цветочные диски или чешуйки шишки.
В наше время такие исследователи, как Мэри Сноу и Джордж Сноу[12] продолжил эти расследования. Компьютерное моделирование и морфологические исследования подтвердили и уточнили идеи Хоффмайстера. Остаются вопросы по деталям. Ботаники разделились во мнениях относительно того, зависит ли контроль миграции листьев от химических веществ. градиенты среди примордия или чисто механические силы. Лукас а не числа Фибоначчи наблюдались у нескольких растений.[нужна цитата] и иногда расположение листьев оказывается случайным.
Математика
Физические модели филлотаксиса восходят к ВоздушныйЭксперимент по упаковке твердых сфер. Геррит ван Итерсон схематические сетки, представленные на цилиндре (ромбические решетки).[13] Douady et al. показали, что филлотактические паттерны возникают как самоорганизующиеся процессы в динамических системах.[14] В 1991 году Левитов предположил, что низкоэнергетические конфигурации отталкивающих частиц в цилиндрической геометрии воспроизводят спирали ботанического филлотаксиса.[15] Совсем недавно Nisoli et al. (2009) показали, что это правда, построив «магнитный кактус» из магнитных диполей, установленных на подшипниках, уложенных вдоль «ножки».[16][17] Они продемонстрировали, что эти взаимодействующие частицы могут получить доступ к новым динамическим явлениям, выходящим за рамки того, что дает ботаника: к семейству нелокальных топологических элементов "динамического филлотаксиса". солитоны появиться в нелинейный режим этих систем, а также чисто классический ротоны и максоны в спектре линейных возбуждений.
Плотная упаковка сфер создает додекаэдрическую мозаику с пентапризматическими гранями. Пентапризматическая симметрия связана с рядом Фибоначчи и золотое сечение классической геометрии.[18][19]
В искусстве и архитектуре
Филлотаксис послужил источником вдохновения для создания ряда скульптур и архитектурных проектов. Акио Хизуме построил и выставил несколько бамбуковых башен на основе последовательности Фибоначчи, которые демонстрируют филлотаксис.[20] Салех Масуми предложил проект жилого дома, в котором квартира балконы проектируются по спирали вокруг центральной оси, и каждый из них не затеняет балкон квартиры, находящейся непосредственно под ним.[21]
Смотрите также
Викискладе есть медиафайлы по теме филлотаксис. |
Рекомендации
- ^ φύλλον, τάξις. Лидделл, Генри Джордж; Скотт, Роберт; Греко-английский лексикон на Проект Персей
- ^ Ливио М (2003) [2002]. Золотое сечение: история Фи, самого удивительного числа в мире (Первая торговая книга в мягкой обложке, ред.). Нью-Йорк: Бродвей Книги. п. 109. Bibcode:2002грсп.книга ..... L. ISBN 978-0-7679-0816-0.
- ^ Эггли У (6 декабря 2012 г.). Иллюстрированный справочник по суккулентным растениям: Crassulaceae. Springer Science & Business Media. С. 40–. ISBN 978-3-642-55874-0.
- ^ Hartmann HE (6 декабря 2012 г.). Иллюстрированный справочник суккулентных растений: Aizoaceae A – E. Springer Science & Business Media. С. 14–. ISBN 978-3-642-56306-5.
- ^ Марлот Р. (1932). Флора Южной Африки. Кейптаун и Лондон: Darter Bros., Wheldon & Wesley.
- ^ Читтенден FJ (1951). Словарь по садоводству. Оксфорд: Королевское садоводческое общество.
- ^ Coxeter HS (1961). Введение в геометрию. Вайли. п. 169.
- ^ Траас Дж., Верну Т. (июнь 2002 г.). «Апикальная меристема побега: динамика устойчивой структуры». Философские труды Лондонского королевского общества. Серия B, Биологические науки. 357 (1422): 737–47. Дои:10.1098 / rstb.2002.1091. ЧВК 1692983. PMID 12079669.
- ^ Смит Р.С. (декабрь 2008 г.). «Роль транспорта ауксина в механизмах формирования паттерна растений». PLOS Биология. 6 (12): e323. Дои:10.1371 / journal.pbio.0060323. ЧВК 2602727. PMID 19090623.
- ^ Леонардо да Винчи (1971). Тейлор, Памела (ред.). Записные книжки Леонардо да Винчи. Новая американская библиотека. п. 121.
- ^ а б Ливио, Марио (2003) [2002]. Золотое сечение: история Фи, самого удивительного числа в мире (Первая торговая книга в мягкой обложке, ред.). Нью-Йорк: Бродвей Книги. п. 110. ISBN 978-0-7679-0816-0.
- ^ Снег, М .; Сноу, Р. (1934). «Интерпретация филлотаксиса». Биологические обзоры. 9 (1): 132–137. Дои:10.1111 / j.1469-185X.1934.tb00876.x. S2CID 86184933.
- ^ "История". Смит-колледж. Архивировано из оригинал 27 сентября 2013 г.. Получено 24 сентября 2013.
- ^ Douady S, Couder Y (март 1992 г.). «Филлотаксис как физический процесс самоорганизованного роста». Письма с физическими проверками. 68 (13): 2098–2101. Bibcode:1992ПхРвЛ..68.2098Д. Дои:10.1103 / PhysRevLett.68.2098. PMID 10045303.
- ^ Левитов Л.С. (15 марта 1991 г.). «Энергетический подход к филлотаксису». Europhys. Латыш. 14 (6): 533–9. Bibcode:1991ЭЛ ..... 14..533Л. Дои:10.1209/0295-5075/14/6/006.
Левитов Л.С. (январь 1991 г.). «Филлотаксис потоковых решеток в слоистых сверхпроводниках». Письма с физическими проверками. 66 (2): 224–227. Bibcode:1991ПхРвЛ..66..224Л. Дои:10.1103 / PhysRevLett.66.224. PMID 10043542. - ^ Нисоли К., Габор Н. М., Ламмерт П. Е., Мейнард Д. Д., Креспи В. Х. (май 2009 г.). «Статический и динамический филлотаксис в магнитном кактусе». Письма с физическими проверками. 102 (18): 186103. arXiv:cond-mat / 0702335. Bibcode:2009ПхРвЛ.102р6103Н. Дои:10.1103 / PhysRevLett.102.186103. PMID 19518890. S2CID 4596630.
- ^ Нисоли C (август 2009 г.). «Спиральные солитоны: модель континуума для динамического филлотаксиса физических систем». Физический обзор E. 80 (2 Пт 2): 026110. arXiv:0907.2576. Bibcode:2009PhRvE..80b6110N. Дои:10.1103 / PhysRevE.80.026110. PMID 19792203. S2CID 27552596.
- ^ Гика М (1977). Геометрия искусства и жизни. Дувр. ISBN 978-0-486-23542-4.
- ^ Адлер И. Разгадывая загадку филлотаксиса: почему числа Фибоначчи и золотое сечение встречаются на растениях.
- ^ Акио Хизуме. "Звездная клетка". Получено 18 ноября 2012.
- ^ "Открытый для стихий". Мировая архитектура News.com. 11 декабря 2012 г.
Источники
- ван дер Линден Ф. "PhaseLab".
- ван дер Линден FM (апрель 1996 г.). «Создание филлотаксиса: модель складывания и перетаскивания». Математические биологические науки. 133 (1): 21–50. Дои:10.1016/0025-5564(95)00077-1. PMID 8868571.
- ван дер Линден FM (1998). «Создание филлотаксиса от семени к цветку». В Barabe D, Jean RV (ред.). Симметрия у растений. Мировая научная серия по математической биологии и медицине. 4. Сингапур: World Scientific Pub Co Inc. ISBN 978-981-02-2621-3.
внешняя ссылка
- Филлотаксис как динамический самоорганизующийся процесс
- Вайсштейн, Эрик В. «Филлотаксис». MathWorld.
- Филлотаксис спирали и Спирали филлотаксиса в 3D к Стивен Вольфрам, Демонстрационный проект Wolfram.
- Интерактивная L-система с использованием JSXgraph
- Филлотаксис: интерактивный сайт для изучения формирования паттернов растений в колледже Смита
- Интерактивный исследователь парастихий строить филлотактические спирали
- Магнитный кактус экспериментально демонстрирует математические узоры растений
- Связи между филлотаксисом и простыми числами
- Загадка филлотаксиса - почему числа Фибоначчи и золотое сечение встречаются на растениях