Die Samenköpfe von Sonnenblumen optimieren die Samenverpackung, indem sie Blüten in einem spiralförmigen Muster wachsen lassen, das mit dem Goldenen Schnitt und der Fibonacci-Folge verbunden ist.
Einleitung
Wenn Sie in die Mitte einer Sonnenblume blicken, werden Sie bestimmt das auffällige Spiralmuster in den vielen Blüten dort bemerken. Diese Spiraltendenz ist beim Wachstum von Pflanzen üblich und wird oft in der Art und Weise gesehen, wie Blumen, Blätter und Zweige um einen zentralen Stamm oder Stamm angeordnet sind. Aber abgesehen davon, dass sie für das Auge hinreißend sind, haben diese Muster einen funktionalen Wert, und es gibt eine einfache Grundlage hinter der schillernden Komplexität.
Die Strategie
Wenn Sie von oben auf eine solche Pflanze schauen, können Sie im Fall von Blättern sehen, dass die spiralförmige Anordnung die Sonneneinstrahlung jedes Blattes maximiert und die Überschattung eines Blattes durch ein anderes minimiert. Pflanzen möchten in ähnlicher Weise die Anzahl der Samen maximieren, die sie in einen bestimmten Bereich packen können, um ihre Chancen auf reproduktiven Erfolg zu maximieren. Wie sich diese Muster bilden, macht die Geschichte wirklich interessant.
Innerhalb einer Pflanze enthalten die Zellen um eine zentrale Achse verschiedene Konzentrationen von Biochemikalien, wie die Pflanze Auxin. Unterschiede in diesen Konzentrationen können beeinflussen, wo am Umfang dieser Mittelachse eine Blume, , oder Blattknospe bildet sich. Mechanische Kräfte, wie Druck von anderen wachsenden Teilen, können auch den Ort der Knospenbildung beeinflussen.
Bei Pflanzen, die dieses Spiralmuster verwenden, neigt jedes neue Wachstum dazu, sich an einer Stelle um diesen Kreis herum zu bilden, die so weit wie möglich von früheren Wachstum entfernt ist. Das erste Wachstum findet also auf einer Seite des Kreises statt, das zweite auf der gegenüberliegenden Seite bei 180° zum ersten. Die dritte Wachstumsrunde kann nicht 180° von dieser entfernt sein, weil sie dann direkt über der ersten liegen würde. Es steht also in einem etwas kleineren Winkel zum zweiten Wachstum. Dieses Einflussmuster schrumpft den Winkel weiter, aber weniger mit jeder Wachstumsrunde und nähert sich immer mehr etwa 137.5°. Nach diesem Muster überlappen und überschatten sich die Blätter nicht, und Samen, Blumen und andere Teile füllen den verfügbaren Platz effizient aus.
Funktionelle Wirkung des Verpackens mit dem Goldenen Winkel. Beachten Sie die größere Raumoptimierung.
Dieser Winkel von 137.5° kommt nicht aus dem Nichts. Diese Muster des Pflanzenwachstums spiegeln interessante mathematische Eigenschaften wider. Wenn ein Kreis in zwei Bögen geteilt wird, von denen einer einen Winkel von etwa 137.5° hat, ist die Größe des größeren Bogens im Vergleich zum kleineren Bogen gleich dem Verhältnis des gesamten Kreises zum größeren Bogen: 1.618 zu 1. Das ist der Das gleiche Muster wie in der berühmten Fibonacci-Folge, in der die nächste Zahl die Summe der beiden vorherigen ist (0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55 …). Mit jeder neuen Hinzufügung zur Sequenz nähert sich das Verhältnis der letzten beiden Zahlen immer mehr der 1.618.
Dieses Verhältnis ist als Goldener Schnitt und 137.5° als Goldener Winkel bekannt und zeigt sich an vielen Stellen im Wachstum und in der Entwicklung lebender Organismen. Obwohl es mystisch erscheinen mag, ist es ein einfaches Muster, bei dem alles, was als Nächstes kommt, auf konsistente Weise von dem beeinflusst wird, was zuvor kam. Das wirklich Erstaunliche ist, wie viele Formen dieser Einfluss annehmen kann, von dicht gepackten Blütenköpfen bis zum anmutigen Wirbel einer Nautilus-Muschel.
„Dieses Muster des Einflusses schrumpft den Winkel weiter, aber weniger mit jeder Wachstumsrunde und nähert sich immer mehr etwa 137.5°. Nach diesem Muster überlappen und überschatten sich Blätter nicht und Samen, Blumen und andere Teile den verfügbaren Platz effizient ausfüllen."
Kopf einer Helianthus-Blume mit Blüten in Spiralen von 34 und 55 um die Außenseite, zwei aufeinanderfolgende Zahlen in der Fibonacci-Folge.
Das Potenzial
Pflanzen haben eine selbstorganisierende Entwicklungsmethode entwickelt, die zu ihrer optimalen Gestaltung führt. Menschliche Designs, die eine effiziente räumliche Organisation erfordern, können von dieser effektiven Pflanzenstrategie für die Abdeckung von Flächen, die Absorption von Ressourcen und andere Anwendungen Gebrauch machen. Beispielsweise haben Ingenieure, inspiriert von der Anordnung der Blüten in einem Sonnenblumenkopf, die Spiegel in einem Solarkonzentrator-Array neu organisiert. Sie entdeckten, dass sie dadurch die gleiche Menge Sonnenlicht wie zuvor konzentrieren konnten, aber 20 % weniger Landfläche benötigten.
