Helsingin yliopisto

Tutkijat selvittivät, miksi gerberan kukinnon spiraalit noudattavat Fibonaccin lukusarjaa

Jaa

Gerberan useita satoja kukkia sisältävät kukinnot koostuvat säännönmukaisista kukkaspiraaleista, joiden järjestäytymistä ohjaa kasvihormoni auksiini. Tulokset tuovat lisätietoa siitä, miten myös auringonkukan ja mansikan kaltaisten kasvien sato muodostuu.

Gerberan kukinnossa  fluoresoivana vihreänä näkyvä auksiini kertyy paikkoihin, joihin kukka-aiheet muodostuvat.
Gerberan kukinnossa fluoresoivana vihreänä näkyvä auksiini kertyy paikkoihin, joihin kukka-aiheet muodostuvat.

Kun jotakuta pyydetään piirtämään auringonkukan kukka, lähes jokainen piirtää ison, pyöreän ympyrän ja sen ympärille kehään keltaisia terälehtiä.

– Itse asiassa tuo rakenne on auringonkukan kukinto, mykerö, jossa voi olla jopa satoja kukkia. Reunoilla olevat "terälehdet" ovat rakenteeltaan ja toiminnaltaan erilaisia kukkia kuin keskemmällä olevat, sanoo puutarhatieteen professori Paula Elomaa Helsingin yliopiston maatalous-metsätieteellisestä tiedekunnasta.

Jättimäisestä kukinnosta on auringonkukalle ja samaan heimoon kuuluvalle gerberalle hyötyä, sillä se houkuttelee tehokkaasti pölyttäjiä. Seikkaillessaan kukinnon päällä pölyttäjä pölyttää samalla retkellä satoja yksittäisiä kukkia.


Matematiikka mukana mykerön muodostumisessa

Mykerön kukat eivät ole sikin sokin. Ne ovat järjestäytyneet säännönmukaisiin spiraaleihin, joiden lukumäärä noudattaa matemaattista Fibonacci-lukusarjaa. Fibonacci-luku muodostuu aina sarjan kahden edellisen luvun summasta: 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89, 144…

Mykerössä oikealle ja vasemmalle kaartuvien spiraalien lukumäärä on aina kaksi perättäistä Fibonacci-lukua. Auringonkukan mykerössä voi olla jopa 89 oikealle kaartuvaa ja 144 vasemmalle kaartuvaa spiraalia, kun taas gerberassa spiraaleja on vähemmän, 34 ja 55.

Luonnon geometrinen säännönmukaisuus on kiehtonut niin biologeja kuin matemaatikkojakin vuosisatojen ajan.

– Gerberan etu tutkimuskasvina on se, että voimme käyttää kasvihuoneessa kasvatettavia siirtogeenisiä kasveja työkaluina, kun tutkimme yksittäisten geenien tehtäviä esimerkiksi kasvin kehityksen aikana. Auringonkukalla geeninsiirto ei vielä ole rutiinisti käytössä. Gerberan lähes ihmisen genomin kokoinen genomi on parhaillaan sekvensoitavana, ja pitkä kokemuksemme on osoittanut, että gerbera on erinomainen mallikasvi, sanoo Elomaa, joka on ollut mukana suomalaisessa gerberatutkimuksessa sen 1980-luvun lopulla otetuista alkuaskeleista lähtien.

Nyt tutkijat ovat ensimmäistä kertaa päässeet perehtymään molekyylitasolla siihen, miten kukka-aiheet järjestäytyvät spiraaleiksi gerberan kasvupisteessä. Apuna on teknologia, jonka käytöstä kasvitutkimuksessa voitiin vain unelmoida vielä parikymmentä vuotta sitten.

Röntgentomografian avulla tutkijat kuvasivat kolmiulotteisesti kasvupisteen kehitystä sen eri vaiheissa. He kartoittivat pienenpienistä, jopa alle millimetrin kokoisista kasvupisteistä konfokaalimikroskopian avulla, miten kukka-aiheen muodostumispaikan määräävä kasvihormoni auksiini sijoittuu kasvupisteeseen.

Lopulta tutkijat yhdistivät saadun datan matemaattisen mallinnukseen yhteistyössä Calgaryn yliopiston professori Przemyslaw Prusinkiewiczin kanssa. Lopputuloksena on kolmiulotteinen tietokonemalli, joka jäljittelee oikean mykerön järjestäytymistä.

Kasvihormoni auksiini määrää tahdin

Tutkijat havaitsivat, että gerberan kasvupiste järjestäytyy molekyylitasolla jo siinä vaiheessa, kun siinä ei elektronimikroskoopillakaan ole havaittavissa kukka-aiheita tai muita muutoksia.

– Kasvun aikana kasvupisteessä muodostuu samanaikaisesti useita kohtia, joissa auksiinin määrä kohoaa huippuunsa. Näiden ryppäinä esiintyvien, auksiinimaksimeiksi kutsuttujen kohtien määrä lisääntyy nopeasti kasvupisteen halkaisijan kasvaessa ja noudattaa Fibonacci-lukuja. Uusi auksiinimaksimi muodostuu aina kahden naapurimaksimin väliin ja liikkuu niin, että se on aina lähempänä vanhempaa naapuriaan. Tästä johtuu, että vaikka kasvupiste ei olisikaan täysin symmetrinen, spiraalit muodostuvat silti säännönmukaisesti.

Tulokset osoittavat, että kasvupisteen laajuuskasvu on se tekijä, joka vaikuttaa esimerkiksi kukkien lopulliseen määrään mykerössä.

– Vaikutukset näkyvät esimerkiksi siemensadossa, joka on tärkeä erityisesti rehuksi ja ravinnoksi kasvatettavalla auringonkukalla. Voi myös olla, että sama malli selittää yksittäisten kukkien kukkaelinten lukumäärää ja järjestäytymistä. Jatkossa sovellamme tätä tietoa esimerkiksi mansikalla, jolla emien lukumäärä ohjaa muodostuvan hedelmän kokoa, Elomaa sanoo.

Tutkimusryhmän verkkosivu


Artikkeli:

Teng Zhang, Mikolaj Cieslak, Andrew Owens, Feng Wang, Suvi K. Broholm, Teemu H. Teeri, Paula Elomaa, Przemyslaw Prusinkiewicz. Phyllotactic patterning of gerbera flower heads. Proceedings of the National Academy of Sciences Mar 2021, 118 (13) e2016304118; DOI: 10.1073/pnas.2016304118


Tutkimusta ovat rahoittaneet Suomen Akatemia ja Kulttuurisäätiö.


Kukkien järjestäytyminen gerberan mykerössä

Avainsanat

Yhteyshenkilöt

professori Paula Elomaa, paula.elomaa@helsinki.fi, puh. 02941 58431
Twitter: @ElomaaPaula

Kuvat

Gerberan kukinnossa  fluoresoivana vihreänä näkyvä auksiini kertyy paikkoihin, joihin kukka-aiheet muodostuvat.
Gerberan kukinnossa fluoresoivana vihreänä näkyvä auksiini kertyy paikkoihin, joihin kukka-aiheet muodostuvat.
Lataa

Tietoja julkaisijasta

Helsingin yliopisto
Helsingin yliopisto
PL 3
00014 Helsingin yliopisto

02941 911 (vaihde)https://www.helsinki.fi/fi/yliopisto

Helsingin yliopisto on yli 40 000 opiskelijan ja työntekijän kansainvälinen tiedeyhteisö, joka toimii neljällä kampuksella Helsingissä ja usealla muulla paikkakunnalla Suomessa. Kansainvälisissä yliopistovertailuissa se on ollut toistuvasti maailman sadan parhaan yliopiston joukossa. Helsingin yliopisto on perustettu vuonna 1640.

 

Viestinnän asiantuntija Elina Raukko, elina.raukko@helsinki.fi, puh. 050 318 5302, Twitter @LifeSciHelsinki, @AgriForHelsinki

Tilaa tiedotteet sähköpostiisi

Haluatko tietää asioista ensimmäisten joukossa? Kun tilaat mediatiedotteemme, saat ne sähköpostiisi välittömästi julkaisuhetkellä. Tilauksen voit halutessasi perua milloin tahansa.

Lue lisää julkaisijalta Helsingin yliopisto

Luomuksen vuosikertomus julkaistu – toiminta monipuolista, valtakunnalliset tehtävät vaarassa21.4.2021 11:33:52 EEST | Tiedote

Luomuksen vuosikertomus viimeisiltä kahdelta vuodelta on julkaistu. Katsaus on läpileikkaus Helsingin yliopiston Luonnontieteellisen keskusmuseon viimeaikaiseen tutkimukseen, toimintaan ja kehitykseen. Vaikka Luomuksen työ biodiversiteettitiedon kivijalkana palvelee koko Suomen luontoa ja useita hallinnonaloja, on sen talous heikentynyt viime vuosina. Valtakunnallisten tehtävien rahoitukseen tarvitaankin uusia ratkaisumalleja.

Helsingin yliopiston spinout-yhtiö GlucoModicumin verensokerin mittaamiseen suunniteltu non-invasive-ratkaisu on 13 kertaa tehokkaampi verrattuna aiemmin kehitettyyn neulattomaan state-of-art-teknologiaan20.4.2021 16:33:12 EEST | Tiedote

Nature Portfolio -julkaisuperheeseen kuuluvassa Scientific Reports -tiedelehdessä julkaistut tiedot mahdollistavat diabeteksen seurantaan tarkoitettujen mullistavien puettavien ratkaisujen kehittämisen. Keksintö perustuu Helsingin yliopistossa tehtyyn tutkimukseen. Yliopisto on ollut yksi GlucoModicumin omistajista vuodesta 2018.

Tutkimus vahvistaa: kehitysvammaisuus on harvoin perinnöllistä - riski tulevien sisarusten sairastumiselle on pieni18.4.2021 09:00:00 EEST | Tiedote

Kehitysvammaisuus johtuu useimmiten perimän muutoksista, jotka ovat syntyneet varhaisen sikiökehityksen aikana ja joita ei löydy vanhempien perimästä. Siksi niiden uusiutumisriski perheen seuraavalle lapselle on hyvin pieni, selvisi Helsingin yliopiston tutkimuksessa. Suomalaisilla ei myöskään ole suurempi perinnöllisten kehityshäiriöiden riski kuin muilla eurooppalaisilla.

Uutishuoneessa voit lukea tiedotteitamme ja muuta julkaisemaamme materiaalia. Löydät sieltä niin yhteyshenkilöidemme tiedot kuin vapaasti julkaistavissa olevia kuvia ja videoita. Uutishuoneessa voit nähdä myös sosiaalisen median sisältöjä. Kaikki tiedotepalvelussa julkaistu materiaali on vapaasti median käytettävissä.

Tutustu uutishuoneeseemme