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Astronomie|Physik Technik|Digitales

Warum Kaktusstacheln im Kreis wachsen

Eine Forschergruppe der Universität von Arizona in Tuscon hat herausgefunden, wieso die Stacheln von Kakteen oftmals in Spiralen mit genau festgelegten Verhältnissen von Seitenarmen angeordnet sind. Überraschenderweise kann eine einfache Analyse der an der Kakteenhaut angreifenden elastischen Kräfte das Spiralmuster erklären. Darüber berichtet das Fachmagazin Physical Review Letters (Band 92 Artikel 168102).

Patrick Shipman und Alan Newell untersuchten in ihrer Studie die Falten in der Kakteenhaut mit Hilfe eines elastischen Modells. Sie verglichen darin gewissermaßen die Faltenbildungsprozesse von Kakteen mit denen der menschlichen Haut in fortgeschrittenem Alter ? sobald deutlich mehr weiche Haut als festes Untergrundfleisch vorhanden ist, beginnt jene, Falten zu werfen. Deren Anordnung kann dann mit einer relativ einfachen Kraftanalyse bestimmt werden.

Auf die Haut verschiedener Kakteen angewendet, ergab das Modell ein mathematisch besonders schönes Ergebnis: Die mit Stacheln versehenen Höcker der Kakteen ordnen sich in Spiralmustern mit jeweils 3, 5 oder 8 Seitenarmen an. Die Seitenarme stehen damit im Verhältnis der aus der Mathematik bekannten Fibonacci-Reihe, bei der ein Element jeweils der Summe der beiden vorangegangenen entspricht (1, 1, 2, 3, 5, 8, ….).

Dass die Muster verschiedener Pflanzen oftmals mit Hilfe der Fibonacci-Reihe beschrieben werden können, ist schon seit längerem bekannt ? etwa von den Spiralmustern von Sonnenblumen oder der Verteilung der Blätter eines Stängels. Zur Erklärung dieses überraschenden Verhältnisses mussten allerdings bisher zumeist komplizierte physikalische Modelle wie etwa die Diffusion von Signalmolekülen zu Rate gezogen werden. Die neue Studie hingegen basiert nur auf einfachen Kraftbetrachtungen.

Stefan Maier
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