Kami menyukai daun untuk keteduhan, warna musim gugur, bau, dan lokasi daun tanaman adalah cara praktis untuk menentukan spesies mereka. Namun, perincian tentang bagaimana tanaman mengendalikan lokasi daunnya tetap menjadi misteri yang tak dapat dijelaskan di botani. Salah satu spesies tanaman Jepang dengan pola pengaturan daun yang tidak biasa baru-baru ini memungkinkan kita untuk melihat secara tak terduga bagaimana hampir semua tanaman mengendalikan pengaturan ini.
“Kami telah mengembangkan model baru untuk menjelaskan satu pola pengaturan daun (phyllotaxis). Tetapi pada kenyataannya, itu mencerminkan jauh lebih tepatnya tidak hanya sifat tanaman ini, tetapi juga berbagai macam hampir semua pola pengaturan daun yang diamati di alam, ”kata Munetaka Sugiyama, associate professor di Koisikawa Botanical Garden Universitas Tokyo.
Ini semua tentang sudut
Daun pada cabang O. japonica
(kiri atas) dan representasi skematis phyllotaxis orixate (kanan). Pola orixate menunjukkan siklus perubahan sudut daun yang tidak biasa, terdiri dari empat nilai (dari 180 derajat hingga 90 derajat, kemudian ke 180 derajat dan 270 derajat). Gambar dari mikroskop elektron pemindaian (di tengah dan kiri bawah) menunjukkan kuncup musim dingin Orixa japonica, di mana daun mulai tumbuh.
Dasar-dasar daun diberi label secara berurutan dari daun tertua (P8) ke yang termuda (P1). Titik O menandai ujung pemotretan.Untuk menentukan penempatan daun, ahli botani mengukur sudut di antara daun, bergerak di sepanjang batang dari daun tertua ke daun termuda.
Pola standar simetris, di mana daun disusun secara berkala 90 derajat (kemangi atau mint), 180 derajat (batang herbal, seperti bambu), atau spiral Fibonacci dengan
sudut emas (misalnya, jarum beberapa kaktus bola atau sukulen multi-daun kirmizi).
Pola yang tidak biasa dipelajari oleh tim peneliti dari profesor Sugiyama bernama "orixate" untuk menghormati
Orixa japonica , semak asli Jepang, Cina dan Semenanjung Korea. Terkadang
O. japonica digunakan sebagai lindung nilai.
Sudut antara daun
O. Japonica adalah 180 derajat, 90 derajat, 180 derajat, 270 derajat, dan kemudian lembar berikutnya "mengatur ulang" pola kembali ke 180 derajat.
"Studi kami menyediakan potensi untuk sepenuhnya memahami pola-pola alam yang menakjubkan," kata Sugiyama.
Matematika tanaman
Tim peneliti Sugiyama memulai penelitiannya dengan tes lengkap dari persamaan matematika yang digunakan untuk memodelkan penempatan daun.
Secara matematis, pengaturan daun telah dimodelkan sejak tahun 1996 menggunakan persamaan yang dikenal sebagai DC2 (Douady dan Couder 2). Persamaan ini dapat menghasilkan banyak, tetapi tidak semua, pola distribusi daun yang diamati di alam karena perubahan dalam berbagai variabel fisiologi tanaman, seperti hubungan antara berbagai organ tanaman atau kekuatan sinyal kimia di dalam tanaman.
DC2 memiliki dua kelemahan yang ingin dihilangkan oleh para peneliti:
1) Nilai apa pun yang disubstitusikan ke dalam persamaan DC2, beberapa pola pola langka tidak dapat dihitung.
2) Pola pengaturan daun dalam spiral Fibonacci (spiral emas) adalah pola spiral yang paling umum diamati di alam, tetapi hanya sedikit lebih umum daripada pola spiral lainnya yang dihitung oleh persamaan DC2.
Pola yang tidak biasa
Simulasi phyllotaxis Orixate menurut Expanded Douady dan Couder 2. Video oleh Takaaki Yonekura, CC-BY-ND, awalnya diterbitkan dalam PLOS Computational Biology DOI: 10.1371 / journal.pcbi.1007044Setidaknya empat spesies tanaman yang tidak terkait memiliki pola pengaturan daun orixate yang tidak biasa. Para peneliti menduga bahwa harus ada kemungkinan menciptakan pola orixate menggunakan mekanisme genetik dan seluler dasar yang umum untuk semua pabrik, karena kemungkinan yang berlawanan dari perubahan evolusi individu, empat kali atau lebih yang mengarah pada pola yang sama, sangat tidak biasa, tampaknya terlalu sulit dipercaya.
Persamaan DC2 menggunakan satu asumsi mendasar bahwa daun memancarkan sinyal konstan untuk menekan pertumbuhan daun lain di dekat mereka, dan ketika jarak meningkat, sinyal ini menjadi lebih lemah. Para peneliti menduga bahwa sinyal ini kemungkinan besar disebabkan oleh hormon tanaman auksin, tetapi fisiologi spesifik masih belum diketahui.
Pola langka dan aturan standar
“Kami mengabaikan asumsi mendasar ini, menunjukkan bahwa kekuatan penindasan tidak benar-benar konstan, tetapi berubah seiring bertambahnya usia. Kami menguji peningkatan dan penurunan kekuatan dengan bertambahnya usia, dan memperhatikan bahwa pola orixate yang tidak biasa dihitung ketika daun tua memiliki efek luar biasa yang lebih kuat, ”kata Sugiyama.
Dugaan ini bahwa kekuatan sinyal penghambatan berubah seiring bertambahnya usia dapat digunakan untuk penelitian lebih lanjut langsung pada genetika atau fisiologi perkembangan tanaman.
Peneliti menyebut ini versi baru dari persamaan EDC2 (Expanded Douady dan Couder 2).
Penulis pertama artikel penelitian, mahasiswa pascasarjana Takaaki Yonekura, mengembangkan simulasi komputer untuk menghasilkan ribuan pola penempatan daun yang dihitung dengan persamaan EDC2, serta menghitung frekuensi pembentukan pola yang identik. Pola yang lebih umum di alam dihitung lebih sering oleh EDC2, semakin mempertegas keakuratan gagasan yang digunakan untuk membuat formula.
“Ada pola pengaturan daun yang sangat tidak biasa lainnya yang masih belum dijelaskan oleh formula baru kami. Sekarang kami mencoba untuk membuat konsep baru yang akan dapat menjelaskan
semua pola pengaturan daun yang diketahui, dan tidak
hampir semua , ”kata Sugiyama.
Setiap video di bawah ini menunjukkan tampilan atas pola pengaturan daun ketika daun baru (setengah lingkaran merah) terbentuk dari bagian atas bidikan (lingkaran hitam di tengah) dan tumbuh keluar. Bidang penindasan disajikan dalam bentuk peta kontur di mana gaya penindasan tertinggi ditunjukkan dalam warna merah, dan yang terendah ditunjukkan dengan warna biru.
Simulasi phyllotaxis yang berlawanan (dua sisi, distichous) dengan persamaan Expanded Douady and Couder 2. Video Takaaki Yonekura, CC-BY-NDSimulasi phyllotaxis spiral emas menggunakan persamaan Expanded Douady dan Couder 2. Video Takaaki Yonekura, CC-BY-NDSimulasi decylate phyllotaxis menggunakan persamaan Expanded Douady dan Couder 2. Video Takaaki Yonekura, CC-BY-NDSimulasi phyllotaxis rumit Douady dan Couder 2. Video oleh Takaaki Yonekura, CC-BY-NDLakukan sendiri: identifikasi polanya
Untuk menentukan pola pengaturan daun (phyllotaxis), para ahli merekomendasikan untuk mempelajari sekelompok daun yang relatif baru. (Dalam bahasa Yunani kuno,
phyllon (phyllon) berarti “daun.”) Daun yang lebih tua dapat mengubah arahnya (karena angin atau paparan sinar matahari), yang dapat mempersulit penentuan sudut kemelekatan mereka yang sebenarnya pada batang.
Bayangkan batangnya sebagai sebuah lingkaran dan mulailah dengan cermat mengamati di mana daun tertua dan tertua yang melekat pada lingkaran. Sudut antara kedua daun ini akan menjadi "sudut divergensi" pertama. Lanjutkan untuk merekam sudut perbedaan antara daun yang lebih muda di batang. Pola sudut divergensi adalah pola pengaturan daun.
Pola pengaturan daun yang paling umum adalah berlawanan (teratur dengan sudut 180 derajat, bambu), Fibonacci spiral (teratur dengan sudut 137,5 derajat,
Graptopetalum paraguayense succulent), pasangan berpasangan (reguler dengan sudut 90 derajat, kemangi) dan tiga sisi (teratur dengan sudut 60 derajat,
Nerium oleander ).
Susunan daun dengan satu daun per simpul disebut phyllotaxis alternatif, dan susunan dua atau lebih daun per simpul disebut lingkaran. Jenis phyllotaxis alternatif yang umum adalah distichous (bambu) dan spiral (aloe succulent multifolia), sedangkan spesies whorled yang umum adalah decussate (basil dan mint) dan tripartite (tricussate) ( Nerium oleander ). Gambar dari Takaaki Yonekura, CC-BY-NDArtikel
Takaaki Yonekura, Akitoshi Iwamoto, Hironori Fujita, Munetaka Sugiyama, “Studi model matematika dari generasi komprehensif pola phyllotactic utama dan minor pada tanaman dengan fokus utama pada orixate phyllotaxis,”
PLOS Biologi Komputasi : 6 Juni 2019, doi: 10.1371 / 10 jurnal.pcbi.1007044.
Tautan (
Publikasi )
Tautan Terkait