“Rus Siber Köyü” hakkındaki mizahi videodan fraktal hıyar memini hatırlayabilirsiniz. Ama biliyor muydunuz, canlı doğada, bitkiler de dahil olmak üzere aslında çok sayıda fraktal yapı bulunur?
Uluslararası bir araştırmacı grubu, Romanesco karnabaharının fraktal yapısını inceledi ve oluşumunun temelindeki genleri belirledi. Ardından bilim insanları, Romanesco karnabaharının belirlenen fraktal gen modeline uygun olarak model bitki Alevli Arapsaçı (Arabidopsis thaliana) genlerini değiştirdi. Sonuç olarak, bitki spiral konik fraktallar da dahil olmak üzere benzer fraktal desenler üretti.
“Romanesco Lahanası” veya “Roma Lahanası”, karnabahar ile aynı çeşit grubuna aittir. Ancak akrabasından farklı olarak, “Romanesco”nun her tomurcuğu, logaritmik bir sarmal ve fraktal bir desen oluşturan bir dizi daha küçük tomurcuktan oluşur. “Romanesco” tomurcuğundaki sarmal sayısı Fibonacci sayılarıyla tanımlanır. Bu dizideki herhangi bir sayıyı kendinden önceki sayıya bölmek altın oranı oluşturur.
Böyle doğal bir fraktalın ortaya çıkışının doğası, botanikçiler ve matematikçiler arasında yoğun bir inceleme konusu haline gelmiştir. 1898’de Alman bilim insanı Wilhelm Hofmeister, Fibonacci sarmalının yaprakları paketlemenin en etkili yolu olduğunu keşfetti. Bitki büyüdükçe, her sonraki tomurcuk veya yaprak, gövde büyüme hızına orantılı bir hızla radyal olarak dışa doğru hareket edecektir. İkinci yaprak birinciden mümkün olduğunca uzağa, üçüncü yaprak ise birinciden ve ikinciden eşit uzaklıkta büyüyecektir. Bu tür bir dağılımda oluşan bitkinin kafes yapısına “fillotaksi” denir.
Uluslararası bir bilim insanı grubu, “Romanesco”nun genetik yapısını inceledi ve fraktalların ortaya çıkış mekanizmasını belirledi.
Bitkilerin oluşturucu dokusu (meristem), spiraller halinde yer alan bitki parçalarını geliştiren farklılaşmamış hücrelerden oluşur. Romanesco örneğinde, meristemin çiçeklere dönüşmesi gereken tomurcuklar oluşturduğu, ancak bunun yerine gövdelerin ortaya çıktığı ortaya çıktı. Bu gövdeler yapraksız büyür. Bunların yerine, yeni gövdelerin ortaya çıktığı tomurcuklar geliştirirler. Sonuç olarak, gövdeler üzerinde tekrarlayan gövdelerden oluşan bir desen oluşur. Romanesco, ilk gövdelerin tomurcuklarından ve sonraki gövdelerden daha hızlı büyümesi sayesinde konik bir şekil alır. Araştırma yazarları, bu mekanizmanın çeşidin evcilleştirilmesi sonucunda ortaya çıktığını öne sürdüler.
Araştırmacıların bir sonraki adımı, bu süreçlerden sorumlu genleri bulmak oldu. Özellikle bilim insanları meristemi incelemeye odaklandı. Araştırma sonuçları, Romanesco’da konik fraktalların oluşumundan meristemin sorumlu olduğunu gösterdi. Meristem nihayetinde çiçek oluşturmaz, ancak geçici olarak dokuları tomurcuklar çıkacakmış gibi geliştirir. Belirli bir noktada program değişir ve tomurcuklardan gövdeler gelişir. Romanesco’da bulunan dört gendeki (S, A, L ve T baş harfleriyle belirtilen) mutasyon, belirli bir anda meristem ve merkezi gövdenin büyümesini sırasıyla uyarır ve bu sayede konik yapılar oluşur.
Bu hipotez, model bitki Alevli Arapsaçı (Arabidopsis thaliana) üzerindeki testler sırasında doğrulandı. Araştırmacılar, bitkinin temel genlerini Romanesco’da bulunan diziye göre değiştirdiler. Sonuç olarak, Alevli Arapsaçı, Roma lahanasının fraktallarına benzer konik şekiller almaya başladı. Yazarlar, bunun için bitkilerin genetiğinde önemli bir değişiklik yapmaya gerek kalmadığını belirttiler.
Fotoğraf: BlueRidgeKitties. Lisans CC BY-NC-SA 2.0.
Araştırmacılar, çiçekli bitkilerin fraktal oluşumundan sorumlu başka mutasyonların da olabileceğini düşünüyorlar. Bunu gelecekteki araştırmalarda aydınlatmayı planlıyorlar.
Kaynaklar
- Araştırma materyalleri, Science dergisinde yayınlanan “Cauliflower fractal forms arise from perturbations of floral gene networks” başlıklı makalede yer almaktadır (DOI: 10.1126/science.abg5999).
- Yazının yazarı: Ekaterina Khananova, Habr editörü. Yazı Klumba.org editörü tarafından tamamlanmıştır.