लीफ मैथ: कैसे एक असामान्य झाड़ी ने पौधे के विकास मॉडल के समीकरण को बदल दिया

हम उनकी छाया, शरद ऋतु के रंगों, गंध के लिए पत्तियों से प्यार करते हैं, और पौधे की पत्तियों का स्थान उनकी प्रजातियों को निर्धारित करने का एक व्यावहारिक तरीका है। हालांकि, पौधे कैसे अपने पत्तों के स्थान को नियंत्रित करते हैं, इसका विवरण वनस्पति विज्ञान में एक अकथनीय रहस्य बना रहा। पत्ती व्यवस्था के एक असामान्य पैटर्न के साथ जापानी पौधे की एक प्रजाति ने हाल ही में हमें इस बात पर एक अप्रत्याशित नज़र डालने की अनुमति दी है कि लगभग सभी पौधे इस व्यवस्था को कैसे नियंत्रित करते हैं।

“हमने पत्ती व्यवस्था के एक विशेष पैटर्न (फीलोटैक्सिस) की व्याख्या करने के लिए एक नया मॉडल विकसित किया है। लेकिन वास्तव में, यह न केवल इस विशेष पौधे की प्रकृति, बल्कि प्रकृति में देखे गए पत्ती व्यवस्था के लगभग सभी तरीकों की व्यापक विविधता को दर्शाता है, ”टोक्यो विश्वविद्यालय के कोइसीकावा बॉटनिकल गार्डन में एसोसिएट प्रोफेसर मुनेतका सुगियामा कहते हैं।

यह सभी कोनों के बारे में है

ओ। जपोनिका की एक शाखा (शीर्ष बाएं) पर स्थित है और फिलाटैक्सिस ऑर्केट (दाएं) का एक योजनाबद्ध प्रतिनिधित्व है। ऑरिकेट पैटर्न पत्ती के कोणों को बदलने का एक असामान्य चक्र दिखाता है, जिसमें चार मूल्य (180 डिग्री से 90 डिग्री, फिर 180 डिग्री और 270 डिग्री तक) होते हैं। एक स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप से छवि (केंद्र और निचले बाएं) में शीतकालीन कली ओरिक्सा जपोनिका को दर्शाती है, जिसमें पत्तियां बढ़ने लगती हैं। पत्तियों की कलियों को क्रमिक रूप से सबसे पुरानी पत्ती (P8) से सबसे कम उम्र (P1) में लेबल किया जाता है। बिंदु ओ गोली मारने की नोक को चिह्नित करता है।

पत्तियों की नियुक्ति का निर्धारण करने के लिए, वनस्पतिशास्त्री पत्तियों के बीच के कोणों को मापते हैं, जो तने के साथ सबसे पुराने पत्तों से निकलते हैं।

मानक पैटर्न सममित हैं, जिसमें पत्तियों को 90 डिग्री (तुलसी या टकसाल), 180 डिग्री (बाँस की जड़ी बूटी, जैसे कि बांस), या फ़िबोनाची सर्पिल के सुनहरे अंतराल के साथ नियमित अंतराल पर व्यवस्थित किया जाता है (उदाहरण के लिए, कुछ गोलाकार कैक्टि या स्कार्लेट बहु-पत्ती रसीला की सुई)।

एसोसिएट प्रोफेसर सुगियामा की शोध टीम द्वारा अध्ययन किए गए एक असामान्य पैटर्न का नाम ओरिक्सा जपोनिका , जापान, चीन और कोरियाई प्रायद्वीप के मूल निवासी के सम्मान में "ओरिक्स" है। कभी-कभी O. japonica को हेज के रूप में उपयोग किया जाता है।

ओ। जेपोनिका की पत्तियों के बीच के कोण 180 डिग्री, 90 डिग्री, 180 डिग्री, 270 डिग्री और फिर अगली शीट "पैटर्न" 180 डिग्री पर वापस आ जाते हैं।

सुगियामा कहती हैं, "हमारा अध्ययन प्रकृति के अद्भुत पैटर्न को पूरी तरह से समझने की क्षमता प्रदान करता है।"

पौधे का गणित

सुगियामा की शोध टीम ने अपने अध्ययन की शुरुआत पत्ती स्थापन के लिए प्रयुक्त गणितीय समीकरण की एक विस्तृत परीक्षा से की।

गणितीय रूप से, पत्तियों की व्यवस्था को 1996 से DC2 (डौडी और कूडर 2) के रूप में जाना जाता है। समीकरण कई उत्पन्न कर सकता है, लेकिन सभी नहीं, पौधे के फिजियोलॉजी के विभिन्न चर में परिवर्तन के कारण प्रकृति में पत्ती वितरण के पैटर्न, जैसे कि पौधे के विभिन्न अंगों के बीच संबंध या पौधे के भीतर रासायनिक संकेतों की ताकत।

DC2 में दो कमियां हैं जिन्हें शोधकर्ता समाप्त करना चाहते थे:

1) जो भी मान DC2 समीकरण में प्रतिस्थापित किए गए हैं, कुछ दुर्लभ पैटर्न पैटर्न की गणना नहीं की जा सकती है।

2) एक फाइबोनैचि सर्पिल (गोल्डन सर्पिल) में पत्तियों की व्यवस्था का पैटर्न प्रकृति में मनाया जाने वाला सबसे आम सर्पिल पैटर्न है, लेकिन यह DC2 समीकरण द्वारा गणना किए गए अन्य सर्पिल पैटर्न की तुलना में केवल थोड़ा अधिक सामान्य है।

असामान्य पैटर्न

विस्तारित डोडी और कूडर के अनुसार ओरीनेट फाइटोटैक्सिस सिमुलेशन। Takaaki Yonekura, CC-BY-ND द्वारा वीडियो, मूल रूप से PLOS कम्प्यूटेशनल जीवविज्ञान DOI में प्रकाशित: 10.1371 / journal.pcf.1007044

कम से कम चार असंबंधित पौधों की प्रजातियों में एक असामान्य ऑरिकेट पत्ती व्यवस्था पैटर्न है। शोधकर्ताओं को संदेह है कि मौलिक आनुवंशिक और सेलुलर यांत्रिकी का उपयोग करके सभी पौधों के लिए एक अलंकृत पैटर्न बनाने की संभावना होनी चाहिए, क्योंकि एक व्यक्ति के विकासवादी परिवर्तन की विपरीत संभावना, चार या अधिक बार उसी के लिए अग्रणी, बहुत ही असामान्य पैटर्न, बहुत अविश्वसनीय लगता है।

DC2 समीकरण एक मौलिक धारणा का उपयोग करता है जो पत्तियों को उनके पास स्थित अन्य पत्तियों के विकास को दबाने के लिए एक निरंतर संकेत का उत्सर्जन करता है, और बढ़ती दूरी के साथ, यह संकेत कमजोर हो जाता है। शोधकर्ताओं को संदेह है कि यह संकेत पौधे हार्मोन ऑक्सिन के कारण सबसे अधिक संभावना है, लेकिन विशिष्ट शरीर विज्ञान अभी भी अज्ञात है।

दुर्लभ पैटर्न और मानक नियम

“हमने इस मौलिक धारणा को त्याग दिया, यह सुझाव देते हुए कि दमन की शक्ति वास्तव में स्थिर नहीं है, लेकिन उम्र के साथ बदलती है। हमने बढ़ती उम्र के साथ ताकत में वृद्धि और कमी दोनों का परीक्षण किया, और देखा कि असामान्य ओरिकेट पैटर्न की गणना तब की जाती है जब पुरानी पत्तियों का अधिक प्रबल प्रभाव होता है, ”सुगियामा कहते हैं।

यह अनुमान लगाता है कि उम्र के साथ निरोधात्मक संकेत परिवर्तनों की ताकत का उपयोग पौधे के विकास के आनुवंशिकी या शरीर विज्ञान पर सीधे आगे के शोध के लिए किया जा सकता है।

शोधकर्ताओं ने इस नए संस्करण को समीकरण EDC2 (विस्तारित डौडी और कूडर 2) कहा है।

अनुसंधान लेख के पहले लेखक, स्नातक छात्र तकाकी योनकुरा, ने EDC2 समीकरण द्वारा गणना की गई हजारों लीफ प्लेसमेंट पैटर्न उत्पन्न करने के लिए कंप्यूटर सिमुलेशन विकसित किए, साथ ही समान पैटर्न की पीढ़ी की आवृत्ति की गणना करने के लिए। प्रकृति में अधिक सामान्य पैटर्न EDC2 द्वारा अधिक बार गणना किए गए थे, सूत्र बनाने के लिए उपयोग किए जाने वाले विचारों की सटीकता को और मजबूत करते हुए।

“पत्ते की व्यवस्था के अन्य बहुत ही असामान्य पैटर्न हैं जो अभी भी हमारे नए सूत्र द्वारा स्पष्ट नहीं किए गए हैं। अब हम एक नई अवधारणा बनाने की कोशिश कर रहे हैं जो पत्ती व्यवस्था के सभी ज्ञात पैटर्न को समझाने में सक्षम होगी, और लगभग सभी नहीं, ”सुगम्यम ने कहा।

नीचे दिए गए प्रत्येक वीडियो में पत्ती व्यवस्था के पैटर्न का एक शीर्ष दृश्य दिखाया गया है जब शूटिंग के शीर्ष से नए पत्ते (लाल अर्धवृत्त) बनते हैं (केंद्र में काले वृत्त) और बाहर की ओर बढ़ते हैं। दमन क्षेत्र एक समोच्च मानचित्र के रूप में प्रस्तुत किया जाता है, जिस पर उच्चतम दमन बल को लाल रंग में इंगित किया गया है, और निम्नतम को नीले रंग में दर्शाया गया है।


समीकरण के विपरीत (डबल-साइड, डिस्टिचस) फाइटोटेक्सिस का अनुकरण विस्तारित डौडी और कूडर 2. वीडियो ताकाकी योनेकुरा, सीसी-बाय-एनडी


गोल्डन सर्पिल phyllotaxis सिमुलेशन विस्तारित डौडी और कूडर 2 समीकरण का उपयोग करके। ताककी योनकुरा वीडियो, CC-BY-ND


विस्तारित डियोडी और कूडर 2 समीकरण का उपयोग करके डाइसलेट फाइटोलैक्सिस का अनुकरण। तकाकी योनकुरा वीडियो, सीसी-बाय-एनडी


विस्तारित डौडी और कूडर 2 ट्राइकसैट फाइटोटैक्सिस सिमुलेशन। वीडियो तकाकी योनेकुरा, सीसी-बाय-एनडी द्वारा

इसे स्वयं करें: पैटर्न की पहचान करें

पत्ती व्यवस्था (फीलोटैक्सिस) के पैटर्न का निर्धारण करने के लिए, विशेषज्ञ अपेक्षाकृत नए पत्तों के समूह का अध्ययन करने की सलाह देते हैं। (प्राचीन यूनानी में, phyllon (phyllon) का अर्थ है "पत्ती।") पुराने पत्ते अपनी दिशा (सूर्य के संपर्क में आने या हवा के कारण) बदल सकते हैं, जो स्टेम के साथ लगाव के उनके सही कोण के निर्धारण को जटिल कर सकता है।

स्टेम को एक सर्कल के रूप में कल्पना करें और ध्यान से निरीक्षण करना शुरू करें कि सर्कल के सबसे पुराने और अगले सबसे पुराने पत्ते कहां संलग्न हैं। इन दो पत्तियों के बीच का कोण "विचलन का पहला कोण" होगा। स्टेम पर कभी छोटी पत्तियों के बीच विसंगति के कोण को रिकॉर्ड करना जारी रखें। विचलन कोण पैटर्न पत्ती व्यवस्था का एक पैटर्न है।

सबसे आम पत्ती व्यवस्था पैटर्न विपरीत हैं (180 डिग्री के कोण के साथ नियमित रूप से, बांस), फाइबोनैचि सर्पिल (नियमित रूप से 137.5 डिग्री के कोण के साथ, रसीला ग्रेपटोपेलम पैराग्वेएन्स ), क्रॉस-पेयर (90 डिग्री के कोण के साथ नियमित, तुलसी) और तीन तरफा (नियमित रूप से) 60 डिग्री का कोण, नेरियम ओलियंडर )।


प्रति नोड एक पत्ती के साथ पत्तियों की व्यवस्था को वैकल्पिक फाइटोलैक्सिस कहा जाता है, और प्रति नोड दो या दो से अधिक पत्तियों की व्यवस्था को व्होरल्ड कहा जाता है। सामान्य प्रकार की वैकल्पिक फाइटोटैक्सिस डिस्टिचस (बांस) और सर्पिल (एलो सक्सुलेंट मल्टीफोलिया) होती हैं, जबकि आम आवारा प्रजातियां क्षारीय (तुलसी और पुदीना) और त्रिपिटाइट (ट्रसुसेट) ( नेरियम ओलियंडर ) हैं। ताककी योनकुरा, सीसी-बाय-एनडी की छवि

सामग्री

ताकाकी योनकुरा, अकोतोशी इवामोतो, हिरोनोरी फुजिता, मुनेतका सुगियामा, "पौधों की प्रमुख और मामूली फाइटोटैक्टिक पैटर्न की व्यापक पीढ़ी के गणितीय मॉडल का अध्ययन, जो ओक्सिलेट फाइटोटैक्सिस के प्रमुख प्रभाव के साथ पौधों में है," PLOS कम्प्यूटेशनल बायोलॉजी : 6 जून, 2019, 10.15, 10.15 journal.pcbi.1007044।
लिंक ( प्रकाशन )

संबंधित लिंक

• एसोसिएट प्रोफेसर सुगियामा की प्रयोगशाला वेबसाइट
• कोइसीकावा बॉटनिकल गार्डन
• प्राकृतिक विज्ञान और इंजीनियरिंग में टोक्यो विश्वविद्यालय के मास्टर