ŠtudentEdini pravi spletni portal za mlade

Raziskava je pokazala, da se razporeditev listov pri najstarejših rastlinah razlikuje od večine sodobnih rastlin, kar izpodbija dolgoletno teorijo o izvoru znanega matematičnega vzorca, ki ga najdemo v naravi.

Kako se današnji listi razlikujejo od tistih najstarejših?

Ugotovitve kažejo, da razporeditev listov v značilne spirale, ki so danes pogoste v naravi, ni bila značilna za najstarejše kopenske rastline, ki so najprej poseljevale zemeljsko površje. Namesto tega so starodavne rastline imele drugo vrsto spiral. To zanika dolgoletno teorijo o razvoju rastlinskih listnih spiral in kaže, da so se razvile po dveh ločenih evolucijskih poteh.

Spirale so v naravi pogoste, pa naj gre za velikanski vrtinec orkana ali zapletene spirale dvojne vijačnice DNK, večino pa lahko opišemo z znamenitim matematičnim zaporedjem Fibonaccijevega zaporedja.

To zaporedje, poimenovano po italijanskem matematiku Leonardu Fibonacciju, je osnova številnih najbolj učinkovitih in osupljivih vzorcev v naravi.

Spirale so pogoste pri rastlinah, pri čemer Fibonaccijeve spirale predstavljajo več kot 90 odstotkov vseh spiral. Te značilne spirale so v cvetnih listih, listih ali semenih sončnic, storžev, ananasov in sočnih sobnih rastlin.

Zakaj so Fibonaccijeve spirale, znane tudi kot skrivna šifra narave, tako pogoste pri rastlinah, je znanstvenike že stoletja begalo, vendar je bil njihov evolucijski izvor večinoma spregledan. Na podlagi njihove razširjenosti se je dolgo domnevalo, da so Fibonaccijeve spirale starodavna značilnost, ki se je razvila pri prvih kopenskih rastlinah in se v rastlinah močno ohranila.

Izdelali prve 3D-modele listnatih poganjkov v Asteroxylon mackiei

Vendar je mednarodna ekipa pod vodstvom Univerze v Edinburgu ovrgla to teorijo z odkritjem ne-Fibonaccijevih spiral v 407 milijonov let starem rastlinskem fosilu. Raziskovalci so z uporabo tehnik digitalne rekonstrukcije izdelali prve 3D-modele listnatih poganjkov v Asteroxylon mackiei – članu najzgodnejše skupine listnatih rastlin.

Izjemno ohranjen fosil je bil najden v znanem nahajališču fosilov Rhynie chert, škotskem sedimentnem nahajališču blizu vasi Rhynie v Aberdeenshiru. Najdišče vsebuje dokaze o nekaterih najzgodnejših ekosistemih na planetu – ko so se razvile kopenske rastline, ki so postopoma začele prekrivati skalnato površje Zemlje in jo naredile primerno za bivanje.

Ugotovitve so pokazale, da so bili listi in razmnoževalne strukture pri Asteroxylon mackiei najpogosteje razporejeni v ne-Fibonaccijeve spirale, ki so danes pri rastlinah redke. To spreminja razumevanje znanstvenikov o Fibonaccijevih spiralah pri kopenskih rastlinah. Kaže, da so bile pri starodavnih klubovkah pogoste spirale, ki niso Fibonaccijeve, in da se je razvoj listnih spiral razšel v dve ločeni poti.

Listi starodavnih klubovk so imeli povsem drugačno evolucijsko zgodovino kot druge velike skupine današnjih rastlin, kot so praproti, iglavci in cvetoče rastline.

Ekipa je 3D model Asteroxylon mackiei, ki je izumrl pred več kot 400 milijoni let, izdelala v sodelovanju z digitalnim umetnikom Mattom Humpageom z uporabo digitalnega upodabljanja in 3D tiskanja. V študiji so sodelovali tudi raziskovalci z Univerze College Cork na Irskem, Univerze Münster v Nemčiji in Northern Rogue Studios v Združenem kraljestvu.

Asteroxylon mackiei je eden najzgodnejših primerov rastlin

Dr. Sandy Hetherington, evolucijski paleobiolog in vodja projekta na Univerzi v Edinburgu, je povedal: »Naš model Asteroxylon mackiei nam prvič omogoča, da preučujemo razporeditev listov v 3D. Tehnologija, ki omogoča 3D tisk 407 milijonov let starega rastlinskega fosila in njegovo držanje v roki, je res neverjetna. Naše ugotovitve dajejo nov pogled na razvoj Fibonaccijevih spiral pri rastlinah.«

Holly-Anne Turner, ki je pri projektu sodelovala kot dodiplomska študentka na Univerzi v Edinburgu in je prva avtorica študije, je dejala: »Klopotec Asteroxylon mackiei je eden najzgodnejših primerov rastlin z listi v fosilnem zapisu. S temi rekonstrukcijami smo lahko sledili posameznim spiralam listov okoli stebel teh 407 milijonov let starih fosilnih rastlin. Naša analiza razporeditve listov pri asteroksilonu je pokazala, da so zelo zgodnje paličnjake razvile ne-Fibonaccijeve spiralne vzorce.«

Ste že kdaj slišali za eksperiment, imenovan »Tezejeva ladja«? Vprašanje, ki si ga zastavimo, je naslednje: »Če zaradi obrabe sčasoma zamenjamo vse dele ladje, dokler ne ostane noben originalen kos ladje, ali je to še vedno ista ladja?«

Če na hitro pogledamo v preteklost, h Grkom, v njihovih legendah zasledimo zgodbo o Tezeju. To je bil mladenič, ki je bil izbran, da gre na otok Kreto in se spopade s pošastjo. Pošast v labirintu je bil Minotaver – pol človek, pol bik. Po boju z Minotavrom se je Tezej odpravil nazaj v rojstne Atene z njegovo ladjo.

Za uganko je odgovoren Plutarh

Plutarh si je zamislil, da je lesena ladja, na kateri je plul Tezej, zagotovo postala narodno bogastvo, in zastavil je miselni eksperiment, ki od takrat navdušuje filozofe. Če ste Tezejevo ladjo popravljali desko za desko, tako da ni ostala nobena originalna deska, ali je še vedno ista ladja?

Odgovora sta vedno lahko vsaj dva. Ljudje lahko rečejo, da gre za isto ladjo, saj so vedno pluli z njo, le da so jo zaradi dotrajanosti sproti popravljali. Na drugi strani pa bi se zbiratelj, ki si je želel dati originalno ladjo v muzej lotil obnove. Gre in zbere vse originalne deske, jih obnovi in ​​reče: »Imam Tezejevo ladjo!« Torej, vprašanje je, katera je ladja?

Različice miselnega eksperimenta Tezejeve ladje se pojavljajo povsod. V »WandaVision« studia Marvel se Vision sreča iz oči v oči s podvojenim jazom in mora ugotoviti, kdo je pravi Vision. V »The Good Place« Chidi Anagonye živi na stotine ločenih življenj in se mora soočiti s katerim, če sploh, predstavlja njegov pravi jaz. V drugih obdobjih so ljudje spraševali, ali se sekira še vedno šteje kot sekira Georgea Washingtona, če sta zamenjana tako ročaj kot glava sekire. 

Tezejeva ladja predstavlja zanimiv miselni eksperiment

Miselni eksperiment s Tezejevo ladjo postavlja vprašanja o materialni sestavi predmetov: ali je ladja vsota svojih desk, vsota njene zgodovine plovbe ali oboje hkrati? Ali lahko za predmete, sestavljene iz drugih predmetov, sploh rečemo, da obstajajo?

Da bi odgovorili na ta vprašanja, se morajo filozofi ukvarjati z ugankami, kot so, ali lahko dve stvari zavzameta isto mesto ob istem času, kako so deli povezani s celoto in kako razmišljati o naravi časa. Podobno je izpostavil tudi moj profesor, ki je v razredu zastavil vprašanje: »Če lahko naredim popolno repliko sebe, kateri sem potem pravi jaz?«

Odgovorov je mnogo

Eden od odgovorov je, da so samo deske resnične in da je ladja »samo faza.« Ta odgovor, nihilizem, vzet do svoje logične skrajnosti, implicira, da obstajajo samo osnovni delci; predmeti, sestavljeni iz več delov, so le iluzija. Tako Tezejeva ladja nikoli ni zares obstajala.

Morda pa ladje res obstajajo; če je tako, jo morda določajo njeni deli. V tem primeru ima kustos muzeja prav. Če lahko predmeti preživijo zamenjavo delov – naše celice na primer nenehno umirajo in se zamenjajo, potem je morda ladja na morju prava ladja.

Ali pa sta morda ves čas obstajali dve ladji, ki sta si včasih delili isto lokacijo? Morda Tezejeva ladja obstaja kot veliko prekrivajočih se delov prostora-časa: ladja v trenutku, ko je bila zamenjana prva deska, ladja, kakršna je bila, ko je Tezej hodil po krovih, in ves obstoj ladje, od rastočih dreves, ki postanejo njene deske do odhoda v posmrtno življenje kot problem filozofske misli.

Odgovora nimamo, a vprašanje zato ni nič manj pomembno

»Mislim, da je zelo zanimivo, da sploh imamo to vprašanje,« je dejala Anne Sauka, filozofinja z univerze v Latviji. Samo vprašanje predpostavlja določeno ontologijo ali teorijo bivanja. Uganka Tezejeve ladje je najbolj smiselna v kontekstu substančne ontologije, v kateri so predmeti v središču filozofskega zanimanja. Alternativa je procesna ontologija, ki spremembe vidi kot bolj temeljno resnične kot objekte.

Gledano tako deske, ladje in sam Tezej niso statične stvari, temveč procesi, ki se vedno spreminjajo. Poskus zahtevati katero koli ladjo za Tezeja kaže na nepripravljenost dopustiti, da se katera koli ladja razvije v nekaj novega. »Samo vprašanje kaže, da imamo težave s spremembami,« je dejal Sauka.

Tezejevo ladjo lahko vidimo tudi kot metaforo za nas same: »Če se spremenimo, ali smo druga oseba?« je dejala Sauka. V procesni ontologiji je sprememba izhodišče. »Samost je nekaj, kar se zgodi le zaradi spremembe,« je dodala. Smrt »je samo razpad tistega določenega procesa, ki je bil nekaj časa stabilen proces.«

Filozofija kot del življenja

Za vse nas je pomembno, da si postavljamo tudi takšna zapletena vprašanja. Da razmišljamo malo izven meja mogočega in se sprašujemo o procesih, ki se dogajajo okoli nas. V tem smislu in pogledu je filozofija pomembna veda, ki nam na dolgi rok pomaga odgovoriti na pomembna življenjska vprašanja in nam pomaga odkrivati svet skozi drugačna očala. Kjer se vprašanje postavi vedno znova, je uporabnost filozofije v srednjih šolah, kjer ni nujno, da vsi profesorji zmorejo zajeti bistvo in podati prava vprašanja.

In kjer se zastavi tisto poglavitno vprašanje: »Ali sem jaz še vedno jaz, če se vse moje celice zamenjajo na približno 7 let?«, pa naj vprašanje velja za spodbudo k popravljanju samega sebe in postajanju najboljše verzije sebe.

Megalodon, eden najstrašnejših morskih psov, ni bil tako hladnokrven morilec, za kakršnega ga imajo – vsaj ne dobesedno.

Megalodon je bil delno toplokrvna žival

Z analizo fosilnih megalodonovih zob so znanstveniki odkrili, da je bil izumrli morski pes delno toplokrvni, njegova telesna temperatura pa je bila za približno 7 stopinj Celzija višja od takratnih ocenjenih temperatur morske vode, je razvidno iz študije, objavljene v reviji Proceedings of the National Academy of Sciences.

»Ugotovili smo, da je imel Otodus megalodon v primerjavi z drugimi morskimi psi znatno višjo telesno temperaturo, kar se ujema s stopnjo notranje proizvodnje toplote, kot jo imajo sodobne toplokrvne (endotermne) živali,« je po elektronski pošti za CNN povedal soavtor študije Robert Eagle, profesor morskih znanosti in geobiologije na UCLA (University of California, Los Angeles).

Ugotovitve kažejo, da je ta posebna lastnost igrala ključno vlogo pri strahoviti velikosti starodavnega plenilca – in njegovem morebitnem izginotju.

Gigantski morski pes je v dolžino meril tudi preko 15 metrov

Otodus megalodon, znan tudi pod imenom megatooth morski pes, je bil eden največjih vrhunskih morskih plenilcev od mezozoika naprej in je izumrl pred približno 3,6 milijona let. Kot navaja Eagle, in je bil dolg vsaj 15 metrov.

Znanstveniki so že prej domnevali, da so bili megalodoni toplokrvni, vendar je nova študija prva, ki to konkretno dokazuje.

Raziskovalci so opazovali, kako tesno so bili izotopi ogljika-13 in kisika-18, najdeni v fosiliziranih zobeh starodavnega morskega psa, povezani med seboj – podatek, ki lahko razkrije, kako toplo je bilo telo. Na podlagi te ugotovitve so sklepali, da je bila povprečna telesna temperatura megalodona približno 27 stopinj Celzija.

Kot sodobni veliki beli morski psi in morski psi mako so bili tudi megalodoni regionalno endotermni, kar pomeni, da so lahko uravnavali temperaturo v določenih delih telesa, so zapisali v študiji. V nasprotju s tem pa telesno temperaturo drugih hladnokrvnih vrhunskih plenilcev uravnava temperatura vode okoli njih.

Zakaj je pomembno, če je bil megalodon toplokrven?

Po besedah starejšega avtorja študije Kenshuja Shimade, paleobiologa z univerze DePaul v Chicagu, je bilo to, da so bili megalodoni toplokrvni, eden od ključnih dejavnikov, ki so spodbujali njihovo ogromno velikost in splošno uspešnost kot plenilcev.

»Veliko telo spodbuja učinkovitost pri lovljenju plena s širšo prostorsko pokritostjo, vendar zahteva veliko energije za vzdrževanje,« je Shimada povedal v elektronskem sporočilu. »Na podlagi fosilnih zapisov vemo, da je imel megalodon velikanske rezalne zobe, s katerimi se je prehranjeval z morskimi sesalci, kot so kiti in plavutonožci. Nova študija je skladna z idejo, da je bila evolucija toplokrvnosti vrata za gigantizem pri megalodonu, da je lahko sledil visokim presnovnim zahtevam.«

Ranljivost toplokrvnosti

Pri tako ogromni živali je to, da je morala nenehno porabljati toliko energije za uravnavanje telesne temperature, morda prispevalo k njenemu propadu, ko se je svet spreminjal. Čas izumrtja megalodonov sovpada z ohlajanjem temperature na Zemlji, so povedali raziskovalci.

»Dejstvo, da je megalodon izginil, kaže na verjetno ranljivost toplokrvnosti, saj toplokrvnost zahteva stalen vnos hrane za vzdrževanje visoke presnove,« je dejal Shimada. »Morda je prišlo do spremembe v morskem ekosistemu zaradi podnebne ohladitve,« zaradi česar se je znižala morska gladina, kar je spremenilo habitate populacij vrst hrane, s katerimi se je prehranjeval megalodon, kot so morski sesalci, in privedlo do njegovega izumrtja.

V primerjavi z drugimi vrhunskimi plenilci je bil megalodon veliko večji in zato bolj občutljiv na spremembe v populacijah plena, je povedal glavni avtor študije Michael Griffiths, profesor znanosti o okolju, geokemik in paleoklimatolog na univerzi William Paterson v New Jerseyju.

Vendar pa bi spoznavanje starodavnega morskega psa lahko znanstvenikom še vedno pomagalo bolje razumeti grožnje, s katerimi se podobne morske živali soočajo danes.

»Eden od velikih pomenov tega dela je, da poudarja ranljivost velikih vrhunskih plenilcev, kot je sodobni veliki beli morski pes, na podnebne spremembe zaradi podobnosti njihove biologije z megalodonom,« je dejal Griffiths.

Galaksijo Mlečno cesto že dolgo opazujemo prek različnih frekvenc elektromagnetnega sevanja, ki ga oddaja, od vidne zvezdne svetlobe do radijskih valov. Znanstveniki so zdaj razkrili edinstveno drugačno podobo naše galaksije, saj so določili galaktični izvor tisočih nevtrinov – nevidnih delcev duhov, ki obstajajo v velikih količinah, vendar običajno neopaženo preletijo Zemljo. Slika Mlečne ceste, ki temelji na nevtrinih, je prva te vrste: portret galaksije, narejen z delci snovi in ne z elektromagnetno energijo.

Nevidni delci duha v Mlečni cesti

Preboj je bil dosežen v sodelovanju raziskovalcev, ki so uporabljali nevtrinski observatorij IceCube, ki ga podpira Nacionalna znanstvena fundacija ZDA, na postaji NSF Amundsen-Scott South Pole Station na Antarktiki. Ogromen observatorij zaznava subtilne znake visokoenergijskih nevtrinov iz vesolja s pomočjo več tisoč mrežno povezanih senzorjev, zakopanih globoko v kubičnem kilometru čistega, nedotaknjenega ledu. Rezultati so bili razkriti na dogodku na univerzi Drexel.

»Spomnim se, da sem rekla: »Na tej točki v zgodovini človeštva smo prvi, ki vidimo našo galaksijo v čem drugem kot v svetlobi,«« pravi fizičarka Naoko Kurahashi Neilson z Univerze Drexel o trenutku, ko je z dvema doktorandoma, Stevom Sclafanijem z Drexla in Mircom Hünnefeldom z Univerze TU Dortmund v Nemčiji, prvič pregledala sliko. Kurahashi Neilson je predlagala inovativno računalniško analizo, ki je bila uporabljena za ustvarjanje slike, in za uresničitev svoje zamisli prejela sredstva iz programa NSF za razvoj fakultete na začetku kariere.

»Kot se pogosto dogaja, je pomemben preboj v znanosti omogočil tehnološki napredek,« pravi Denise Caldwell, direktorica fizikalnega oddelka NSF (organizacija za testiranje, pregledovanje in certificiranje izdelkov). »Zmogljivosti visoko občutljivega detektorja IceCube so nam skupaj z novimi orodji za analizo podatkov omogočile povsem nov pogled na našo galaksijo – takšen, ki smo ga prej le nakazovali. Z nadaljnjim izpopolnjevanjem teh zmogljivosti se lahko veselimo, da bo ta slika postajala vse bolj razločna in bo morda razkrila skrite značilnosti naše galaksije, ki jih človeštvo še nikoli ni videlo.«

»Zanimivo je, da v nasprotju s svetlobo katere koli valovne dolžine pri nevtrinu vesolje zasenči bližnje vire v naši galaksiji,« pravi Francis Halzen, fizik z Univerze Wisconsin-Madison in glavni raziskovalec pri IceCube.

Težek izziv in ambiciozen cilj

Poleg težkega izziva, ki ga predstavlja samo zaznavanje zloglasno izmuzljivih nevtrinov (in njihovo razlikovanje od drugih vrst medzvezdnih delcev), je še bolj ambiciozen cilj ugotoviti, od kod prihajajo. Ko nevtrini v interakciji z ledom pod IceCubom, ta redka srečanja povzročijo šibke svetlobne vzorce, ki jih IceCube lahko zazna. Nekateri svetlobni vzorci so zelo usmerjeni in jasno kažejo na določeno območje na nebu, kar raziskovalcem omogoča, da določijo vir nevtrinov. Na podlagi takšnih interakcij je kolaboracija IceCube leta 2022 odkrila nevtrine, ki so prihajali iz druge galaksije, oddaljene 47 milijonov svetlobnih let.

Druge interakcije so veliko manj usmerjene in ustvarjajo kaskadne pegaste kroglice svetlobe v čistem ledu, pravi Kurahashi Neilson. Njena sodelavca iz kolaboracije IceCube, Sclafani in Hünnefeld, sta razvila algoritem strojnega učenja, ki je primerjal relativni položaj, velikost in energijo več kot 60.000 takšnih kaskad svetlobe, ki jih ustvarjajo nevtrini in jih je IceCube posnel v desetih letih.

Zdaj so raziskovalci izmerili nevtrine

Trije raziskovalci so več kot dve leti skrbno preizkušali in preverjali svoj algoritem z uporabo umetnih podatkov, ki simulirajo zaznave nevtrinov. Ko so algoritmu posredovali prave podatke, ki jih je zagotovil IceCube, je nastala slika, ki je prikazovala svetle točke, ki so ustrezale lokacijam v Mlečni cesti, za katere so domnevali, da oddajajo nevtrine. Te lokacije so bile na mestih, kjer naj bi bili opaženi žarki gama stranski produkti trkov med kozmičnimi žarki in medzvezdnim plinom, ki naj bi teoretično prav tako proizvajali nevtrine.

»Zdaj smo izmerili nevtrine, kar potrjuje vse, kar vemo o naši galaksiji in virih kozmičnih žarkov,« pravi Sclafani.

V več desetletjih so znanstveniki z razširitvijo metod za opazovanje vesolja razkrili nešteto astronomskih odkritij. Nekoč revolucionarnim dosežkom, kot sta radioastronomija in infrardeča astronomija, se je pridružil nov razred opazovalnih tehnik z uporabo pojavov, kot so gravitacijski valovi in zdaj nevtrini.

Kurahashi Neilson pravi, da je slika Mlečne ceste, ki temelji na nevtrinih, še en korak v tej liniji odkritij. Napoveduje, da se bo nevtrinska astronomija izpopolnjevala tako kot metode, ki so bile pred njo, dokler tudi ona ne bo razkrila doslej neznanih vidikov vesolja. »Zato počnemo to, kar počnemo,« pravi. »Da bi videli nekaj, česar še nihče ni videl, in da bi razumeli stvari, ki jih še nismo razumeli.«