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Phyllotaxis, anthotaxis and semataxis

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Summary

Long-lasting debates, caused by conflicting viewpoints among biometrists on the phenomena of rhythmic growth in plant shoots, are at last being settled on certain crucial points. Most workers today agree that not all symmetrical constructions in plants can be explained by the application of the phyllotaxis theory. This theory explains adequately the orthostichous arrangement of leaves on growing photosynthetic apices, but fails in the case of non-photosynthetic reproductive organs.

In the present paper three successive systems of shoot arrangement are described: phyllotaxis for cauline leaves, anthotaxis for sporophylls, and semataxis for semaphylls (see Table II). Each of these systems serves a different purpose: photosynthesis, reproduction and advertisement, and is accordingly adapted to its special function. “Phyllotaxis” and “anthotaxis” are classical concepts dealing with the arrangement of leaves and flowers; “semataxis” is a new term used in this paper to describe the arrangements of semaphylls.

Goethe's classical theory of the metamorphosis of plants (1790) and his hypothetical “Urpflanze” are discussed in this paper from the viewpoint of the phyllotaxis-semataxis relation.

Zusammenfassung

Nach den langen Debatten über die Anwendbarkeit der Phyllotaxistheorie zur Erklärung der Blatt- und Blütenstellungen, hat man sich schliesslich über einige alte Streitfragen geeinigt. Man nimmt nun ganz allgemein an, dass nicht alle symmetrische Bildungen an Pflanzen sich mit der Anwendung der Phyllotaxisgesetze und Fibonazzi Reihe begründen lassen. Diese Theorie erklärt glaubwürdig die rhythmische Anordnung der vegetativen Blätter an den photosynthetischen Sprossen, nicht aber die symmetrischen Bildungen in den Blüten.

In dem vorliegenden Aufsatz sind drei historisch nacheinander folgenden Entwicklungssysteme: Phyllotaxis, für die vegetativen Blätter, Anthotaxis für Sporophyllen und Semataxis für die Semaphyllen eingehend diskutiert worden. „Phyllotaxis” ist ein klassischer Begriff für die Anordnung der Blätter; “Anthotaxis” wurde später eingeführt, ist bis jetzt aber nur wenig in diesem Sinne gebraucht und deshalb in diesem Aufsatz neu definiert worden. „Semataxis” ist neu. Sie betrifft die Anordnung der Semaphyllen, der auffälligen Teile (meistens die farbigen Kronblätter oder die kronblätterartige Kelch- und Hochblätter) der von den Insekten bestäubten Blüten der höheren Pflanzen. Jedes von diesen Systemen dient einem bestimmten Zweck. Die phyllotaktische Anordnung der vegetativen Blätter bezweckt die rationellste Photosynthese. Anthotaxis ist die zweckmässigste Ordnung der Sporophyllen für die mechanische Bestäubung und Fruchtbildung, während Semataxis schliesslich die Ankündigung der insektenbestäubten Blüten bedeutet. Alle diese Systeme sind ihren besonderen Funktionen eingehend angepasst.

Obwohl die historische Entwicklung der Sprossysteme der höheren Pflanzen nach der Reihenfolge: Phyllotaxis →Anthotaxis → Semataxis erfolgt, sind in dem vorliegenden Aufsatz mehrere Ausnahmen mit umgekehrter Richtung angeführt. Semataktische Bautypen können unmittelbar von Phyllotaxis, und anthotaktische Anordnungen von Semataxis abgeleitet werden.

Ferner sind in diesem Aufsatz die klassischen Theorien vonGoethe über die Metamorphose der Pflanzen (1790) und die hypothetische “Urpflanze” von dem neuen Gesichtswinkel der Phyllotaxis- und Semataxislehre eingehend diskutiert worden.

Sommaire

Après de longs débats sur le phénomène de la croissance rhythmique des pousses des plantes, les biométristes s'accordent aujourd'hui sur certains points essentiels de la discussion. Au contraire des auteurs antérieurs, les chercheurs d'aujourd'hui admettent que toutes les constructions symétriques des plantes ne s'expliquent pas par l'application de la théorie de phyllotaxie. Cette théorie explique suffisamment la disposition orthostichique des feuilles sur des sommets photosynthétiques croissants, mais échoue dans le cas des organes reproductifs non-photosynthétiques.

Dans le présent écrit trois systèmes successifs d'arrangements de pousses sont décrits: phyllotaxie pour feuilles caulines, anthotaxie pour sporophylles et sémataxie pour sémaphylles (voir table II). Chacun de ces systèmes sert à des fins différents: à la photosynthèse, à la reproduction et à l'avertissement, et s'adapte par conséquent à sa propre fonction.

Phyllotaxie et anthotaxie sont des conceptions classiques pour désigner la disposition des feuilles et des fleurs, sémataxie est un term nouveau qui sert à désigner dans cette étude l'arrangement des sémaphylles.

La théorie classique deGoethe sur la métamorphose des plantes (1790) et son hypothétique „Urpflanze” sont discutées dans cet écrit du point de vue de la relation existant entre la phyllotaxie et la sémataxie.

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Authors and Affiliations

  1. Iowa State University, Ames, Iowa, USA

    E. E. Leppik

Authors
  1. E. E. Leppik
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Additional information

The author is indebted to Dr. W. H.Bragonier, Head of the Department of Botany and Plant Pathology for financial support of this project.

Journal Paper No. J — 3561 of the Iowa Agricultural and Home Economics Experiment Station, Ames, Iowa. Project No. 1073.

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Leppik, E.E. Phyllotaxis, anthotaxis and semataxis. Acta Biotheor 14, 1–28 (1961). https://doi.org/10.1007/BF01556930

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