Mitől csavarodott be a pagodakarfiol?
A különleges szépségű zöldség látványát valószínűleg többen ismerik, mint az ízét, hiszen a fraktálok rendkívül látványos megjelenési formájaként fotón gyakrabban találkozhatunk vele, mint a zöldséges pultokon. Most növénybiológiai adatok és matematikai modellezés segítségével egy nemzetközi kutatócsoportnak sikerült megoldani a rejtélyt, hogy miként képes a növény ilyen csodás formavilágot létrehozni.
Bár a természetben számtalan példa akad a fraktálokra, a karfiol és a pagodakarfiol (ezt külföldön romanesco néven árusítják) az önhasonlóság különösen fejlett formáját hordozza. Spirálisan elhelyezkedő, kúp alakú bimbók sokaságából áll, ám ezek fejlődésének megértéséhez több mint egy évtizedes kutatómunkára volt szükség.
A legtöbb növény rendelkezik valamiféle, egy-két tengelyen kialakult spirális elrendeződéssel a levelek növekedési rendjében, a levélállásában; a karfiol azonban rengeteg eltérő skálájú spirális elrendeződésű osztódó szövetből (merisztémából) áll. A kutatók olyan 3 dimenziós matematikai modellt készítettek, amelyből kiderült, hogy a karfiol, ahelyett hogy virágba borulna, szárakká alakul és a végtelenségig folytatja e szárak növesztését. A szárak újra meg újra megpróbálnának virággá válni, ám ezt a célt nem érik el, s ehelyett ismételten szárrá fejlődnek, és ez a sorozat folytatódik.
A pagodakarfiol ennél is tovább megy: míg a normál karfiolnál a fejlődés állandó tempóban zajlik, addig ebben a növényvariánsban az új hajtások létrejötte folyamatosan gyorsul, ennek köszönhetően válik kúpossá a virágzat minden egyes része, és kapja meg a növény a szembetűnő fraktálelrendeződését.
A matematikai modellezésen túl a fejlődés genetikai hátterét is megvizsgálták, mégpedig a növénybiológusok kedvence, a lúdfű (Arabidopsis thaliana) segítségével. Ez az aprócska gyomnövény könnyen kezelhető, gyors növekedésű, és jól ismert a genetikai működése, épp ezért előszeretettel vizsgálnak a segítségével mindennemű növénygenetikai és fejlődési módozatot. Ráadásnak van is egy olyan változata, amely „karfiolul” viselkedik, s ebből a hajtásnövekedésben fontos 4 gén közül egy hiányzik. A maradék három gén változataival rendelkező lúdfű példányok növekedését vizsgálva kiderült az is, hogy a karfiolt és a pagodakarfiolt eredményező növekedéstípus egy, a növekedés irányításában bekövetkezett genetikai zavar eredménye.
A három gén közül kettőben egy egyszerű mutáció a virág növekedését nyomta el, és beindította a szárra-szár növekedésének láncreakcióját, ezzel létrejött a karfiol. A pagodakarfiolhoz a harmadik gén változására volt szükség, ez azt szabályozta, hogy mekkora helyen növekedhet a hajtásvég. Amint a hely a génnek köszönhetően nagyobbá vált, máris kialakult a látványos, kúpos mintázat.
A növényfejlődés korai szakaszában már eldől, hogy mi fejlődik egy adott hajtásvégből, ezt pedig az ottani génkifejeződés határozza meg. Azonban ez nem egy egyszerű, lineáris folyamat, hanem a gének egymásra hatásának, összjátékának eredménye végül az, ami a kész növény lesz. A gének egymással való kapcsolatának eredményeit lehetett matematikai modellben értelmezni. A karfiolnál a növekedés közben órákon át a virágfejlődést jelentő gének működnek, majd ezek kikapcsolnak, és a szárfejlődés lép előtérbe.
Megjegyzések
Megjegyzés küldése