식물들은 고대 이집트, 그리스, 로마 시대로부터 현대에 이르기까지 학자들의 감탄을 자아내게 하는 경이로움을 수행하고 있다. 그것은 수학적으로 완벽한 패턴을 재생시키는 능력이다. 잎차례(phyllotaxis, 식물의 줄기에 나는 잎의 배열 방식)라 불리는 이러한 능력은 수학적으로 피보나치 수열(Fibonacci Series)과 황금각(Golden Angle)으로 설명될 수 있다. (피보나치 수열은 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89, 144...으로 1+1=2, 1+2=3, 2+3=5, 3+5=8… 처럼 인접한 두 수의 합이 다음 수가 되는 수열이다. 그리고 피보나치 수열에서 뒤의 수를 앞의 수로 나누면, 즉 3/2, 5/3, 8/5, 13/8, 21/13, 34/21, 55/34, 89/55...은 1.618이라는 숫자에 가까워진다. 이 비율을 황금비율이라 한다). 해바라기, 솜엉겅퀴(artichokes), 선인장, 민들레의 머리, 기타 식물들에서의 아름다운 나선형 구조들은 오늘날 어린이나 어른들을 계속 매료시키지만, 그러한 것들이 유일한 예는 아니다. 줄기 위의 잎들은 나선형의 계단처럼 잎차례식 패턴으로 나타날 수 있는데, 환경에 의존하여 식물들은 서로 다른 발달단계들에 따라 그 패턴을 변환시킬 수 있다. 과학자들은 잎차례가 어떤 패턴으로 나타나는지는 알게 되었지만, 여전히 그 대본(script)에 대해서는 이해하지 못하고 있다. 어떻게 유전자와 단백질들이 그러한 경이로운 패턴을 만들어내는지에 대한 상세한 내용은 이해하기 어려운 채 남아 있는 것이다. 
최근 Current Biology 지[1]에서, 프랑스의 생물학자인 장 크리스토프(Jean-Christophe Palauqui)와 패트릭(Patrick Laufs)은 잎차례를 설명하기위해 연구되어왔던 이론들 중 일부를 자세히 설명하였다. 과학자들은 식물 호르몬인 옥신(auxin)이 새로운 기관 원기가 나오는 줄기 생장점(shoot meristem)에 집중되고, 그러한 PIN1 옥신 수송자(PIN1 auxin transporter)가 옥신의 위치를 대립(분열)시킨다는 것을 알게 되었다. Current Biology의 동일한 이슈에서 보고된 새로운 연구는 PLETHORTA (PLT) gene family를 포함하고 있었는데, 그 유전자들은 생장점에서 진행되는 과정들과 뿌리 형성에 영향을 끼치는 것으로 알려져 있다. 그 유전자들을 조작하는 것은 식물의 패턴 형성을 촉진할 수도, 억제시킬 수도 있다. 
.해바라기 잎은 이전 잎에서 360÷1.618 = 222.5° (또는 360°- 222.5°= 137.5°) 씩 회전하여 나오고 있다.
이 유전자들이 어떻게 상호작용을 하고 있는지는 잘 이해되지 않고 있다. 그것은 유전자들의 호르몬 켜기, 단백질 켜기와 같은 단순한 사건이 아니다. 유전자들 각각은 하나의 복잡한 안무(choreography)로서 서로서로 앞뒤로 신호를 보낸다. 또한 PLT 유전자들은 그들이 PIN1 극성과 옥신 분포를 조절함으로서, 원기(primordia)에 기계적인 힘을 자극시킬 수 있는 것처럼 보인다. 또한 유전자 발현과 하류효과(downstream effect) 사이에는 시간 지체가 있어서, PLT 유전자들이 활성화되는 시간에서부터 PIN1 복사본의 농도가 증가되는데 까지 4시간이 걸렸다. 그러나 그 뒤에 옥신의 농도는 PIN1 유전자의 발현 조절을 위해 또한 피드백을 할 수 있었다. 따라서 내부 지시자의 신호는 간접적이고 복잡한 것으로 나타났다. 연구자들은 이러한 유전자들의 당혹스러운 상호작용은 생물학자들을 바쁘게 만들고 있다고 언급하였다 : ”PLT가 관여하는 잎차례의 조절 메커니즘을 해명하는 것은 앞으로의 과제가 되고 있으며, 그것은 PLT 유전자 발현의 양적인 설명과 모델링, PIN1의 수준과 분극화, 옥신의 분포, 생장과 역학에 의존하는 것 같다”고 그들은 말했다. 이러한 문제들이 언젠가 기계론적 이론으로 해결된다 하더라도, 어떻게 (잎차례를 보이지 않는) 하나의 씨앗이 잎차례를 보이는 성숙한 식물로 자랄 수 있는지에 관해서는 여전히 많은 질문들이 남아있는 것이다. 그것을 넘어서, 미학을 하는 철학자들은 어떻게 식물들과, 그리고 식물들과 직접 관련이 없는 다른 많은 자연현상들, 즉 나선은하, 허리케인, 소라껍질, 사람 귀의 달팽이관 등에서 인간에게 아름다움을 가져다주는 ”황금비율(divine proportions, 신의 비율)”이 계속 발견되는지를 숙고해 보아야만 할 것이다 (ICR에서 Fred Willson이 쓴 기사 2003. 11. 20 을 참조하라). 1. Jean-Christophe Palauqui, Patrick Laufs, 'Phyllotaxis: In Search of the Golden Angle,” Current Biology, Volume 21, Issue 13, R502-R504, 12 July 2011, DOI 10.1016/j.cub.2011.05.054. ----------------------------------------------------- 어떤 것의 메커니즘을 설명하는 것이 그것의 기원을 설명하는 것은 아니다. 당신이 조립 라인에서 자동차가 어떻게 만들어지는지, 그것의 구조, 조립순서도, 균일화, 설계도 등을 이해할 수 있고 설명할 수 있다하더라도, 그러한 지식은 자동차가 만들어지는 이유를 설명하지는 못한다. 위키 백과사전(Wikipedia)은 다윈의 진화론 발표 이후 10년도 되지 않아 빌헬름 호프마이스터(Wilhelm Hofmeister, 1824～1877, 독일의 식물학자)에 의해서 그것에 대한 해결책이 발견되었다고 주장하면서, 자연선택의 한 결과로서 그 같은(잎차례나 황금비율..) 것들이 생겨났다고 쉽게 설명하고 있다. ”세부적인 질문들은 남아있다”고 말하면서, 지나치게 간소하게 그것을 설명하고 있는 것이다. 호프마이스터를 포함하여 그 당시 사람들은 유전자 암호는 말할 것도 없고, PIN1과 PLT에 대해서 아무 것도 알지 못했다. 단순한 경쟁하는 기계적 힘 모델은 1896년에 주장된 것이다. 그 이론은 오늘날 유전자 코드, 단백질, 세포신호 등을 관측하고 있는 사람들을 만족시킬 수 없는 것이다. 만일 언젠가 진화론자들이 그 모든 메커니즘을 다 이해하게 되었다 하더라도, 앞에서 언급한 질문들은 여전히 남아있는 것이다. 모든 식물들이 잎차례를 사용하는 것은 아니다. 그리고 그러한 패턴은 식물의 생존에 불필요한 것처럼 보인다. 따라서 목적이 없고, 방향이 없고, 지시되지 않은, 무작위적인 돌연변이들에 의해서, 우연히, 생존에 불필요한, 그러한 경이로운 패턴들이 생겨났다는 진화론은 하나의 공허한 이야기가 되어버리는 것이다. 해바라기(sunflower)를 주의 깊게 살펴보라. 여기에는 보다 좋은 과학, 깊은 철학, 그리고 무엇보다도 건전한 신학을 위한 자연적 경이가 들어있는 것이다. *식물에서 발견되는 피보나치 수열은 여기를 클릭! *참조 : 1. Fibonacci Numbers and the Golden Section
http://www.maths.surrey.ac.uk/hosted-sites/R.Knott/Fibonacci/fib.html
2. 15 Uncanny Examples of the Golden Ratio in Nature
http://io9.com/5985588/15-uncanny-examples-of-the-golden-ratio-in-nature 식물의 피보나치 나선들에 대한 설명 찾기
(Seeking Explanations for Plant Fibonacci Spirals) | Headlines
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| 아티초크(artichoke, 국화과의 다년초)에서의 나선 패턴(spiral patterns)들은 한 물리학자를 숨 막히게 하기에 충분하였다. 선인장(cacti), 해바라기(sunflowers), 딸기(strawberries), 아티초크 등과 같은 식물들은 어떻게 좌형 우형 나선의 기하학적 패턴들을 만들 수 있었을까? 왜 이들 나선들은 피보나치 수열(Fibonacci sequence)이라고 불리는 수학적 규칙들을 따르고 있을까? 한 새로운 이론에 의하면, 그것은 원뿔 형태 위에 지어지는 성분들의 구조에 있어서 최적의 에너지 배열이라는 것이다. PhysOrg(사진을 볼 수 있음)에서의 한 논문은 북경대학의 세 명의 물리/수학자들의 이론들을 설명하고 있다. 그들은 원뿔 미세구조 위에 피보나치 나선들을 만들 수 있었다. 그들의 연구는 ”식물의 패턴들은 구 표면과 원뿔 표면 위에 상호 거부적 실재(repulsive entities)에 의해서 모델화될 수도 있다”고 제시하고 있다. 그렇다 할지라도, 그들은 하나의 수학적 증명(mathematical proof)에 대한 좋은 이유를 생각해낼 수 없었다. ”구면 위의 패턴들은 이제 톰슨 문제(Thomson problem)라고 불려집니다. 이것은 일반 리스 문제(Generalized Riesz Problem)로 일반화되어 온 것입니다.” 카오(Zexian Cao)는 말했다. ”주어진 한정된 기하학에서 가장 작은 에너지 배열을 발견하기 위한 일반적 방법은 없습니다. 그리고 수치적 해결(numerical solution)은 컴퓨터와 과학자들 모두에게 엄청난 시간을 요구하는 것입니다. 더 심각한 것은, 발견한 가장 적은 에너지 해결책이 정말로 가장 적다는 것을 자신이 믿도록 만드는 것은 어렵다는 것입니다. 그리고 수치적 해결은 증명(proof)으로서 결코 받아들여질 수 없을 것이라는 것입니다”
카오는 이 현상을 설명하는 어려움을 물리학에서 '당혹(embarrassment)”이라고 말했다. 또한 최근의 설명은 잎사귀 꼭대기에서 일어나는 수학적 정렬이 어떻게 DNA 속에 암호화되어 들어갈 수 있었는지를 보여주는 데에 실패했다. ------------------------------------------------------ 01/21/2003과 11/20/2003의 주석을 보라. 이 논문은 4년 전에 논의되었던 문제점들이 아직도 진행되고 있음을 보여주고 있다. |
| | | | 관련 자료 링크: | | 1. 황금의 수 (The Golden Number) : 해바라기 꽃에서 나타나는 피보나치 수열. | | 2. 식물들은 수학을 알았는가? (Do Plants Know Math?) : 식물들에 존재하는 피보나치 수열 | | 3. 생명체에 작용하는 동력학 법칙 Ⅰ | | 4. 생명체에 작용하는 동력학 법칙 Ⅱ | | 5. 하나님의 창조 속에 나타나 있는 형태, 수, 패턴, 황금비율 : 피보나치 수열, 황금 나선, 그리고 행성의 공전주기 | | 6. 식물의 수학적 패턴은 진화론자들을 난처하게 만들고 있다. : 피보나치 수열이 돌연변이로 우연히? (Plant Patterns Prolong Perplexity) | | 7. 꽃들은 벌을 위한 ‘전기적 착륙유도등’을 켜고 있었다. (Flowers Create ‘Electric Landing Lights’ for Bees) | | 8. 해바라기의 해굽성은 아직도 미스터리이다. (Sunflower Motion Is a Black Box) | | 9. 식물의 그늘 감지 센서와 토양 두께 측정기. (Plant Brains Solve Problems) | | 10. 사막에서 화려하게 피어난 꽃들 (Dry Desert Explodes in Color) | | 11. 낭상엽 식물은 박쥐를 유인하도록 설계되어 있었다. (Pitcher Plants Designed to Attract Bats) | | 12. 식물이 씨앗을 퍼뜨리는 놀라운 방법들 (Plants Borrow Their Transportation) | | 13. 식물에서 인트라넷이 작동되고 있었다. : 식물 내의 정교한 통신 시스템은 진화론을 거부한다. (Plant Intranet Seen in Action) | | 14. 식물의 진화 연구는 실패를 거듭하고 있다. (Plants Are Clever 2) | | 15. 계속 밝혀지고 있는 식물의 고도 복잡성 : 식물의 썬크림, 광 스위치, 변태, 미생물과의 공생 (Plants Are Clever 1) | | 16. 식물에 내장되어 있는 광합성 조절 스위치 (Plants' Built-in Photosynthesis Accelerators) | | 17. 나무는 정말로 “보기에 좋도록” 창조되었다. (Trees Really Are 'Pleasant to the Sight') | | 18. 카페인 : 수렴진화된 것인가, 창조된 것인가? (Caffeine: Convergently Evolved or Creatively Provided) | | 19. 어린이를 위한 창조과학: 빛을 바라보기 (Creation for Kids - Facing the light) | | 20. 똑똑한 클로버 : 진화의 증거인가? (Clever Clover: Evidence for Evolution?) | | 21. 진화론을 거부하는 규조류 : 정교한 구조와 다양한 아름다움을 가진 경이로운 생물. (Homage to Diatoms) | | 22. 태초에 창조된 식용 채소의 “종류”에 대한 현대 분류학적 검토 (A View on “KINDS” of Food Vegetables Created in Genesis Compared to the Modern Binomial Classification System) | | 23. 식물도 눈을 가지고 있다. (Even the Plants Have Eyes) | | 24. 사막의 미스터리한 식물 : 살아있는 화석 웰위치아 (Mystery Plant of the Desert) | | 25. 나무의 기원 (The Origin of Trees) | | 26. 씨앗의 경이로움 : 작은 꾸러미는 하나님의 작품임을 증명하고 있다. (Sensational Seeds: compact packages attest to God’s handiwork) | | 27. 녹색 파워 광합성 : 경이로운 식물의 태양광 발전소 (Green power (photosynthesis) God’s solar power plants amaze chemists) | | 28. 생물권 전역에서 공학적 설계가 발견되고 있다. : 생체모방공학의 계속되는 행진 (Engineering Designs Found Throughout the Biosphere) | | 29. 새로운 잡종 무의 출현은 유전정보의 획득과는 전혀 상관없는 변화이다! (Rampaging Radishes) | | 30. 풀산딸나무 화분의 경이로운 폭발! : 투석기와 유사한 발사 장치는 설계를 가리킨다. (Bunchberry bang!) | | 31. 편평한 식물 잎에 숨어있는 놀라운 설계 (Flat leaves—a curly problem) | | 32. 파동 성장을 하는 식물 (Pulsating plants) | | 33. 전기 발생 생물에 대한 놀라운 사실들 (Shocking Facts About Electric Life) | | 34. 식물을 사랑해야 될 더 많은 이유들 (More Reasons to Love Plants) | | 35. 식물이 전기 신호를 보내고 있다는 충격적 증거! (Shocking Evidence of Electrical Signals in Plants) | | 36. 식물의 보이지 않는 영향이 밝혀지고 있다. (Invisible Influence of Plants Coming to Light) | | 37. 식물은 땅속의 ‘곰팡이 인터넷’을 사용하여 통신을 한다. (Plants Use Underground 'Fungal Internet' to Communicate) | | 38. 광합성의 양자 비밀이 밝혀졌다. (Quantum Secret of Photosynthesis Revealed) | | 39. 식물도 수학 계산을 한다. (Plants Do Arithmetic) | | 40. 성경적 창조론에 입각한 재배식물의 기원 (Origin of Cultivated Plants Based Upon The Biblical Doctrine of Creation) | | 41. 꽃과 깃털의 복잡한 패턴은 설계를 가리킨다. (How Intricate Patterns Grow in Flowers, Feathers) | | 42. 산불은 씨앗에게 발아 시점을 알려준다. (Burning Plants Tell Seeds When to Germinate) | | 43. 나무의 셀룰로오스를 전분으로 바꿀 수 있을까? (Wood You Cellulose for Starch?) | | 44. 생체모방공학의 여러 소식들 (Biomimetics Roundup) | | 45. 말하는 식물들과 비밀 네트워크 (Talking Plants and Secret Networks) | | 46. 나무와 함께 사는 것이 장수의 비결? (Do People Live Longer among Trees?) | | 47. 식물 공변세포의 고도로 복잡한 생합성 과정 (Wilt Thou? Not with Guards in the Chem Lab) | | 48. 예기치 않은 숲 도우미 : 겨우살이 (An Unexpected Forest Helper : Mistletoe) | | 49. 벌레잡이 식물인 파리지옥은 여전히 신비이다. (Venus Flytrap Still Mystifies, Inspires) | | 50. 식물의 경이로움이 계속해서 밝혀지고 있다. : 식물의 명령, 통제, 정보, 통신, 오염 조절 기능들 (Olympic Plants Perform in Place) | | 51. 식물의 배 발달은 창조를 지지한다. (Plant Embryo Development Supports Creation) | | 52. 규조류 진화의 미스터리 (Diatom Evolution a Mystery) | | 53. 공학자들은 식물의 세포 구조를 부러워하고 있었다. (Engineer Envies Plant Cell Structure) | | 54. 나무를 만드신 하나님께 감사하라 (Thank God for Wood) | | 55. 식물의 광합성은 양자물리학을 이용하고 있었다. (Photosynthesis Uses Quantum Physics) | | 56. 식충식물이 R&D 수상을 이끌다 : 생체모방공학의 새로운 기술들 (Pitcher Plant Inspires R&D Award) | | 57. 단풍나무 씨앗을 모방한 소형 비행 로봇 (Maple to the Rescue) | | 58. 준비, 조준, 개화 : 개화 시간을 알려주는 식물의 시계 (Ready, Aim, Flower) | | 59. 식물은 자세히 볼수록 경이롭다 : 통신과 스위치, 세포벽 건축, 상향 이동성 (Plant Wonders Are in the details) | | 60. 당신의 피부가 방수인 이유 (Why You Are Waterproof) | | 61. 식물은 꽃이 피는 개화 시기를 어떻게 아는가? (Plants spring into action) | | 62. 생체모방공학을 통한 강렬한 희망 2 : 계속 발견되고 있는 생물들의 경이로운 능력들 (Living Surprises, Living Hopes) | | 63. 2천년 된 므두셀라 씨앗이 이제는 나무가 되었다 (Methuselah Seed Now a Tree) | | 64. 식물의 자외선 탐지기는 진화될 수 없었다. (Plant UV Detectors Could Not Have Evolved) | | 65. 식물의 비순환성 순환계의 획기적 발견. (New Breakthrough in Plant’s Non-circulatory Circulation System) | | 66. 박테리아는 식물 잎과 빛 스펙트럼을 공유한다. (Bacteria Share Light Spectrum with Plant Leaves) | | 67. 식물의 단백질 상호작용에 대한 가장 큰 유전자 지도가 작성되었다. (Largest-Ever Map of Plant Protein Interactions) | | 68. 느리게 움직이는 포복성 식물들 (Creepy Crawly Plants: Plant Tropism) | | 69. 광합성을 증진시키기 : 태양전지가 광흡수 면에서 식물을 이제 앞질렀다? (Improving Photosynthesis? Solar Cells Beat Plants at Harvesting Sun's Energy, for Now) | | 70. 식물은 사회적 통신망으로 소통하고 있다. (Plants Have Social Networks) | | 71. 중력보다 600 배 빠른 식물의 신비 (Plant Accelerates 600 G's) | | 72. 어리석은 수선화 진화론 (Daffy Daffodil Darwinism) | | 73. 해조류는 양자역학을 알고 있었다. (Algae Molecule Masters Quantum Mechanics) | | 74. 식물들은 빛과 광합성을 최고 효율로 얻고 있다. (Respect Your Plant: Don’t Say it Evolved) | | 75. 식물들은 모래시계 메커니즘을 사용한다. (Plants Use Hourglass Mechanism) | | 76. 벌레잡이 식물의 기원 : 진화론의 끈적끈적한 문제 (Flytrap Origins: A Sticky Problem for Evolution) | | 77. 나무를 썩게 하는 균류의 이용. (The Uses of Wood Rot) | | 78. 작은 바다 식물의 생화학적 수수께끼 (Tiny Ocean Plants Offer Biochemical Enigma) | | 79. 나무 사이를 걷는 것은 집중력을 증진시킨다. (A Dose of Nature Improves Concentration) | | 80. 식물에 있는 가장 훌륭한 태양전지 (The Finest Solar Technology Doesn't Come from a Lab) | | 81. 식물들은 자동온도조절 장치를 가지고 있었다. (Plants Have Thermostats) | | 82. 나무들은 아스피린으로 의사전달을 한다. (Trees Communicate With Aspirin) | | 83. 식물 향기가 화분 매개 생물의 행동을 조절한다. (Plant Perfume Manipulates Pollinator Behavior) | | 84. 식물 잎의 놀라운 엽맥 패턴 (Leaf Vein Patterns Are Not in Vain) | | 85. 2천년 전 씨앗에서 자라난 야자 나무 (Long Live the Seed) | | 86. 뿌리의 경로 : 식물에서 발견된 또 하나의 놀라운 경이 (The Root Route) | | 87. 단풍은 하나의 기능을 가지고 있다. (Fall Colors Have a Function) | | 88. 세균과 식물들은 네트워크 기술을 알고 있었다. (Bacteria and Plants Know Network Tech) | | 89. 진화론적 개념과 어긋난 식물들의 세계 여행 (Plants' International Travel Upsets Evolutionary Idea) | | 90. 식물의 피보나치 나선들에 대한 설명 찾기 (Seeking Explanations for Plant Fibonacci Spirals) | | 91. 식물은 훌라후프 모양의 철도로 세포벽을 건설한다. (Plant Hula-Hoop Railroads Build Cell Walls) | | 92. 식물들도 면역계를 가지고 있었다. (Plants Have an Immune System, Too) | | 93. 식물의 기공들은 독립적으로 개폐된다. (Plant Pores March to Their Own Beat) | | 94. 말하는 나무와 식물의 향수들 (Of Talking Trees and Plant Perfumes ) |
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