Новое исследование показывает, как цветная капуста развивает фрактальную форму

Цветная капуста представляет собой необычное устройство органов с множеством спиралей, расположенных на самых разных уровнях. Как такая фрактальная самоподобная организация возникает из механизмов развития, до сих пор оставалось неуловимым.

Согласно новому исследованию, цветная капуста на самом деле является бутоном, который должен стать цветком, но никогда не достигает своей цели; Нетипичная форма цветной капусты сорта Романеско объясняется тем, что на ее стеблях все быстрее появляются новые бутоны.

«В Природе есть множество примеров фракталов, таких как кристаллы льда или ветки на деревьях. В математике количество копий исходного шаблона бесконечно», — сказал соавтор исследования Этьен Фарко из Школы математических наук Ноттингемского университета.

Цветная капуста демонстрирует высокий уровень самоподобия, включая семь или более копий одного и того же бутона.

«Это наиболее заметно на цветной капусте Romanesco, одном из первых изображений, которые появятся, если вы выполните поиск по запросу «фракталы растений» в Интернете. Что поражает в Romanesco, так это очень четко очерченные пирамидальные бутоны, которые накапливаются вдоль бесконечных спиралей».

«После более чем десятилетней совместной работы междисциплинарной международной группы исследователей этот процесс, наконец, можно объяснить», — добавил Этьен Фарко.

Хотя большинство растений представляют собой геометрическую организацию в виде спиралей вдоль главной и вторичной осей (так называемый филлотаксис), цветная капуста представляет собой необычный филлотаксис с множеством спиралей, расположенных в широком диапазоне масштабов.

Как такая фрактальная самоподобная организация возникает из механизмов развития, до сих пор оставалось неуловимым.

В своих исследованиях Этьен Фарко и его коллеги объединили математическое моделирование и биологию растений, чтобы показать, что цветная капуста не достигает стадии цветения, а развивается в стебли, которые, в свою очередь, продолжают пытаться производить цветы.

Цветная капуста рождается в результате этой цепной реакции, в результате чего стебли появляются последовательно.

Полученные данные показывают, что кратковременное наступление почек в состояние цветения сильно влияет на их функционирование и позволяет им, в отличие от нормальных стеблей, расти без листьев и почти бесконечно размножаться.

Нетипичная форма цветной капусты Romanesco объясняется тем, что ее стебли дают бутоны все быстрее и быстрее, тогда как скорость производства бутонов у других сортов цветной капусту остается постоянной.

Это ускорение придает каждому цветку Romanesco пирамидальный вид, делая четким фрактальный аспект структуры.

«Удивительно, насколько сложна природа», — сказал Этьен Фарко. «В следующий раз, когда у вас будет цветная капуста на ужин, найдите минутку, чтобы полюбоваться ею, прежде чем съесть».

Результаты исследования были опубликованы в журнале Science.