• LATEST
    • A PHP Error was encountered

      Severity: Notice

      Message: Undefined variable: latest

      Filename: views/_header.php

      Line Number: 48

      A PHP Error was encountered

      Severity: Warning

      Message: Invalid argument supplied for foreach()

      Filename: views/_header.php

      Line Number: 48


Matematika Pengaturan Susunan Daun Tanaman

Pola biologis unik atau tidak lazim pembentukan daun Orixa japonica di Jepang,  mengilhami ilmuwan Takaaki Yonekura, Akitoshi Iwamoto, Hironori Fujita dan Munetaka Sugiyama asal University of Tokyo di Jepang, mengembangkan model-matematis atau persamaan baru, EDC2 (Expanded Douady dan Couder 2), tentang pola-pola pengaturan daun-daun tanaman. Hasil riset ini menyingkap misteri, bagaimana tanaman-tanaman mengatur dan mengendalikan susunan daun-daunnya di alam (Takaaki Yonekura, et al, 2019).

Riset Takaaki Yonekura et al (2019) menemukan pola-biologis unik dan khusus pengaturan daun spesies tanaman Orixa japonica yang dapat menyingkap cara hampir semua tanaman mengatur dan mengendalikan pola-biologis daunnya.  “We developed the new model to explain one peculiar leaf arrangement pattern. But in fact, it more accurately reflects not only the nature of one specific plant, but the range of diversity of almost all leaf arrangement patterns observed in nature,” ungkap Associate Professor Munetaka Sugiyama dari Koishikawa Botanical Garden, University of Tokyo di Jepang (Tokyo University, 6/6/2019).

Hasil riset dan penemuan itu dirilis oleh jurnal PLOS Computational Biology, edisi 6 Juni 2019 (Takaaki Yonekura, Akitoshi Iwamoto, Hironori Fujita, Munetaka Sugiyama, “Mathematical model studies of the comprehensive generation of major and minor phyllotactic patterns in plants with a predominant focus on orixate phyllotaxis”, PLOS Computational Biology, 2019).

Riset itu melibatkan ilmuwan asal Jepang yaitu (1) Takaaki Yonekura asal Botanical Gardens, Graduate School of Science, The University of Tokyo, Bunkyo-ku, Tokyo di Jepang; (2) Akitoshi Iwamoto asal Department of Biology, Tokyo Gakugei University, Koganei, Tokyo di Jepang dan Department of Biological Sciences, Faculty of Science, Kanagawa University, Hiratsuka, Kanagawa, Jepang; (3) Assistant Professor Hironori Fujita asal Astrobiology Center, National Institutes of Natural Sciences, Mitaka, Tokyo, Jepang dan National Institute for Basic Biology, National Institutes of Natural Sciences, Okazaki, Aichi, Jepang; (4) Associate Professor Munetaka SugiyamaIasal Botanical Gardens, Graduate School of Science, The University of Tokyo, Bunkyo-ku, Tokyo di Jepang.

Untuk mengetahui susunan daun spesies tanaman, ahli botani mengukur sudut antara daun, bergerak naik ke batang dari daun tertua ke termuda. Pola umum simetris daun yang tersusun teratur 90 derajat (kemangi atau mint), 180 derajat (batang rumput, bambu), atau spiral sudut emas Fibonacci (seperti jarum pada beberapa kaktus bola, atau lidah spiral sukulen) (Science Daily, 6/6/2019).

Susunan daun dengan satu daun per simpul disebut “phyllotaxis alternatif” (alternate phyllotaxis); sedangkan susunan dengan dua atau lebih daun per simpul disebut “phyllotaxis lingkaran” (whorled phyllotaxis). Jenis “phyllotaxis-alternatif” yang umum adalah phyllotaxis distichous (bambu) dan Fibonacci spiral phyllotaxis (sukulen spiral gaharu), dan jenis-jenis “phyllotaxis lingkaran” yang umum adalah decylate phyllotaxis (basil atau mint) dan phyllotaxis trikusat (Nerium oleander atau dogbane).

Phyllotaxis--geometri indah susunan daun-tanaman di sekitar batang--telah lama menarik perhatian para peneliti botani tentang keteraturan pola-biologis daun-tanaman. Banyak model-matematis diajukan oleh para ahli, misalnya persamaan matematis dari S. Douady dan Y. Couder (bentuk alternatif-khusus, DC1; bentuk lebih umum, DC2) tahun 1996, untuk memodelkan pola pengaturan daun phyllotactic (Science Daily, 6/6/2019).

Sebagian besar gagasan dasar Model DC2 ialah interaksi repulsif antara primordia daun secara spasial mengatur inisiasi primordium (Takaaki Yonekura, et al, 2019). Jadi, daun memancarkan sinyal konstan yang menghambat pertumbuhan daun lain di dekatnya dan sinyal itu semakin lemah pada jarak lebih jauh. Takaaki Yonekura, et al (2019) mengatasi kelemahan DC2 dengan menghitung pola pengaturan daun Orixa japonica yang tidak umum.

“We changed this one fundamental assumption - inhibitory power is not constant, but in fact changes with age. We tested both increasing and decreasing inhibitory power with greater age and saw that the peculiar orixate pattern was calculated when older leaves had a stronger inhibitory effect,” papar Sugiyama (University of Tokyo, 6/6/2019).

Takaaki Yonekura  et al (2019) meneliti model-model DC yang mampu menghasilkan orixate phyllotaxis; tim ilmuwan itu menemukan bahwa pengembangan model dengan memasukan perubahan-perubahan primordial yang bergantung pada usia daya-hambat, mutlak diperlukan untuk pembentukan orixate phyllotaxis. Hasil simulasi yang menggunakan pengembangan DC2 (EDC2) cocok dengan distribusi alamiah pola phyllotactic. Kesimpulannya, perubahan daya-hambat umumnya merupakan unsur penting pola phyllotactic (Takaaki Yonekura, et al, 2019).

Selain itu, riset Associate Professor Munetaka Sugiyama dkk (2019) menemukan bahwa persamaan matematis DC2 dapat mengenerasi banyak, namun tidak semua, pola pengaturan daun di alam dengan mengubah nilai variabel-variabel fisiologi tanaman, seperti pola hubungan antara organ tanaman berbeda atau kekuatan sinyal kimiawi dalam tanamannya.

Associate Professor Munetaka Sugiyama dan koleganya (2019) mengatasi dua kelemahan model DC2. Yakni (1) apapun nilai yang dimasukan ke dalam persamaan DC2, pola-pola pengaturan daun tidak umum (peculiar) tertentu, tidak terhitung atau terkalkulasi; (2) pola pengaturan daun spiral dari Fibonacci sejauh ini merupakan pola spiral paling umum di alam, tetapi hanya sedikit lebih umum pola spiral lainnya yang dapat dihitung oleh persamaan DC2.

Associate Professor Munetaka Sugiyama dan koleganya (2019) khusus meneliti dan mengkaji pola pengaturan daun spesies Orixa japonica – sejenis semak asli di Jepang, Tiongkok, dan Korea. Sudut antara daun Orixa japonica adalah 180 derajat, 90 derajat, 180 derajat, 270 derajat, dan kemudian daun berikutnya mengatur-ulang pola ke 180 derajat.

Takaaki Yonekura, mahasiswa doktoral pada Tokyo University dan penulis utama studi ilmiah ini, merancang simulasi komputer yang menghasilkan ribuan pola pengaturan daun menurut model EDC2 dan menghitung keseringan pola sama. Dari pola-pola lebih umum yang diamati di alam, lebih banyak dikalkulasi oleh model EDC2. Hal ini mendukung akurasi gagasan untuk menciptakan persamaan EDC2 ini (Science Daily, 6/6/2019).

“Our research has the potential to truly understand beautiful patterns in nature. There are other very unusual leaf arrangement patterns that are still not explained by our new formula. We are now trying to design a new concept that can explain all known patterns of leaf arrangement, not just almost all patterns,” papar Associate Professor Munetaka Sugiyama (University of Tokyo, 6/6/2019). 

Oleh: Servas Pandur