אתם אולי זוכרים את המם עם המלפפון הפרקטלי מתוך סרטון ההומור על "כפר הסייבר הרוסי". אבל האם ידעתם שביצורים חיים למעשה קיימים המון מבנים פרקטליים, כולל בצמחים?
קבוצת חוקרים בינלאומית בחנה את המבנה הפרקטלי של כרובית רומנסקו וזיהתה את הגנים העומדים בבסיס היווצרותו. לאחר מכן שינו המדענים את הגנים של צמח המודל תודרנית לבנה (Arabidopsis thaliana) בהתאם לתבנית הגנטית הפרקטלית שנמצאה בכרובית. כתוצאה מכך, הצמח שחזר דפוסים פרקטליים דומים, כולל פרקטים קוניים ספירליים.
"כרובית רומנסקו" או "כרוב רומאי" שייכת לאותה קבוצת זנים כמו כרובית רגילה. אך בניגוד לקרובתה, כל פרחון של "רומנסקו" מורכב מסדרת פרחונים קטנים יותר, היוצרים ספירלה לוגריתמית ותבנית פרקטלית. מספר הספירלות בפרחון "רומנסקו" מתואר על ידי מספרי פיבונאצ'י. חלוקת כל מספר בסדרה זו במספר הקודם לו יוצרת יחס הזהב.
טבעה של התופעה הפרקטלית הטבעית הזו הפכה לנושא מחקר עמוק בקרב בוטנאים ומתמטיקאים. כבר בשנת 1898, המדען הגרמני וילהלם הופמייסטר גילה שספירלת פיבונאצ'י היא הדרך היעילה ביותר לאריזת עלים. ככל שהצמח גדל, כל ניצן או עלה עוקב ינוע החוצה באופן רדיאלי במהירות פרופורציונלית למהירות צמיחת הגבעול. העלה השני יגדל רחוק ככל האפשר מהראשון, והשלישי יגדל במרחק שווה מהראשון והשני. המבנה הרשתי של הצמח המתקבל מתפוצה כזו נקרא "פילוטקסיס".
קבוצת מדענים בינלאומית בחנה את המבנה הגנטי של ה"רומנסקו" וקבעה את מנגנון הופעת הפרקטים.
רקמת הצמח המייצרת (מריסטמה) מורכבת מתאים לא ממוינים, מהם מתפתחים חלקי הצמח המסודרים בספירלה. התברר שבמקרה של "רומנסקו", המריסטמה יוצרת ניצנים שאמורים לפרוח לפרחים, אך במקומם מופיעים גבעולים. גבעולים אלה גדלים ללא עלים. במקומם הם מפתחים ניצנים מהם מופיעים גבעולים חדשים. כתוצאה מכך, נוצר דפוס של גבעולים חוזרים על גבי גבעולים. צורתו החרוטית של ה"רומנסקו" נובעת מכך שהגבעולים הראשוניים גדלים מהר יותר מניצניו והגבעולים הבאים. מחברי המחקר הניחו שמנגנון זה הופיע כתוצאה מביות הזן.
הצעד הבא של החוקרים היה חיפוש אחר הגנים האחראים לתהליכים אלה. בפרט, המדענים התמקדו בחקר המריסטמה. תוצאות המחקרים הראו כי המריסטמה היא זו שאחראית להיווצרות פרקטים חרוטיים ב"רומנסקו". המריסטמה בסופו של דבר אינה יוצרת פרחים, אך מפתחת זמנית רקמות כאילו ניצנים אמורים להופיע מהן. בנקודה מסוימת התוכנית משתנה, וגבעולים מתפתחים מהניצנים. מוטציה בארבעה גנים (המסומנים באותיות S, A, L ו-T), הנמצאת ב"רומנסקו", מעודדת בנקודה מסוימת את צמיחת המריסטמה והגבעול המרכזי בהתאמה, ובזכות זה נוצרות המבנים החרוטיים.
השערה זו מצאה אישוש במהלך ניסויים בצמח המודל תודרנית לבנה. החוקרים שינו גנים מרכזיים בצמח בהתאם לרצף הקיים ב"רומנסקו". כתוצאה מכך, התודרנית החלה לקבל צורות חרוטיות, הדומות לפרקטים של הכרוב הרומאי. המחברים ציינו כי לא היה צורך לשנות באופן מהותי את הגנטיקה של הצמחים לצורך כך.
צילום: BlueRidgeKitties. רישיון CC BY-NC-SA 2.0.
החוקרים משערים שעשויות להתקיים מוטציות נוספות האחראיות לפרקטליות של צמחים פורחים. הם מתכננים לברר זאת במחקרים עתידיים.
מקורות
- חומרי המחקר פורסמו במאמר "Cauliflower fractal forms arise from perturbations of floral gene networks" בכתב העת Science (DOI: 10.1126/science.abg5999).
- מחברת הפוסט: יקטרינה חננובה, עורכת חבּרה. הפוסט הושלם על ידי עורך Klumba.org.