植物中隱藏的神秘?cái)?shù)學(xué)

    欣賞植物時(shí)，你可能會(huì)發(fā)現(xiàn)植物的葉片或者花朵都有著神奇的對(duì)稱比例，一些植物形態(tài)中存在的這些黃金比例實(shí)際上就是一種隱藏的“斐波那契數(shù)列”。有人認(rèn)為，這種現(xiàn)象不可能是自然形成的，它們一定是在某種智慧的設(shè)計(jì)下才存在的。也有人科學(xué)地指出，大自然就是最神奇的造物主。

　　植物學(xué)家會(huì)告訴我們，有些花瓣的數(shù)量和花序的排列確實(shí)與數(shù)學(xué)中的“斐波那契數(shù)列”有關(guān)，但大多數(shù)植物的花瓣和葉片排列并不會(huì)遵循這個(gè)原則，還是與植物對(duì)生存環(huán)境的適應(yīng)有密切關(guān)系——它們只是在最有效地利用生存空間。

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　　斐波那契數(shù)列和花基數(shù)

　　Fn+1=Fn+Fn-1，這個(gè)數(shù)列中的每個(gè)數(shù)字都是前兩項(xiàng)數(shù)之和，像1，1，2，3，5，8，13，21，34，55，89……這些數(shù)字就被稱為“斐波那契數(shù)”。同時(shí)，這個(gè)數(shù)列中還暗含著黃金比例，如果用數(shù)列中的每一個(gè)數(shù)字去除它前面的數(shù)字，數(shù)字越大，結(jié)果就越趨近于1.618，也就是我們平常所說的“黃金比例”。

　　植物中首先被提及與“斐波那契數(shù)列”有關(guān)的是花瓣數(shù)。確實(shí)有一些花的花瓣數(shù)目暗合這個(gè)數(shù)列中的數(shù)字。比如梅花、山桃花、蘋果花、山茶花都是5片花瓣，而鳶尾和鴨跖草是典型的有3片花瓣的花。

　　但是，除此之外的很多植物花瓣數(shù)目并不在這個(gè)特殊的數(shù)列里，我們平常見到的百合花和君子蘭都有6片花瓣。更為常見的是，以油菜、蘿卜為代表的十字花科植物，花瓣則是4片。

　　但植物花瓣的數(shù)量并不是永恒不變的。例如，原種野生玫瑰的花瓣是5片，是一個(gè)“斐波那契數(shù)”。但一些經(jīng)過培育后的玫瑰，通常都會(huì)花瓣加倍，變成什么數(shù)目已不可預(yù)期。

　　可以通過花瓣的“基數(shù)”來尋找它們同“斐波那契數(shù)”的關(guān)聯(lián)。就像樓房有樓層差別一樣，花瓣通常會(huì)從內(nèi)向外分成幾輪，每一輪的花瓣數(shù)量是固定的，植物學(xué)家把這個(gè)固定的數(shù)量稱為“花基數(shù)”。

　　一般來說，很多雙子葉植物的“花基數(shù)”就是5（十字花科是個(gè)例外），單子葉植物花瓣的“花基數(shù)”是3。為什么會(huì)出現(xiàn)這種特有的“花基數(shù)”？有人猜測(cè)可能是由于特殊的控制花發(fā)育的基因決定的，不過到目前為止還沒有人能找到具體證據(jù)。

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　　巧合還是自然選擇

　　數(shù)一數(shù)向日葵從中心向外延伸的螺旋線，你會(huì)發(fā)現(xiàn)，它們也與數(shù)列有密切聯(lián)系。在有300個(gè)小花的向日葵花盤上，可以找到34條左旋的曲線和21條右旋的曲線。更大的花盤能找出更多條螺旋線，但螺旋線的數(shù)目仍然總是“斐波那契數(shù)”。

　　類似的，人們還發(fā)現(xiàn)菠蘿和松果的花和種子也是類似的排列，上面的螺旋線有的是8條，有的是13條。34、21、8、13，這些也都是“斐波那契數(shù)”。

　　為了更好地生存，植物必須考慮空間上的經(jīng)濟(jì)性。

　　拿花序來說，一些植物必須安排盡可能多的小花在一起，以增強(qiáng)“小花群體”的吸引力，同時(shí)還需要減少花與花之間的相互干擾，小花相互之間的重疊越少越好，才能保證這些小花擁有平均的空間。

　　有科學(xué)模擬實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，每旋轉(zhuǎn)137.5度安排一個(gè)花朵（或葉片）是最合理的設(shè)計(jì)，而實(shí)際中菊科植物的花序正是按這個(gè)規(guī)律排列的。有一些樹葉排列也遵循“旋轉(zhuǎn)137.5度”的安排，因?yàn)檫@樣可以最大程度減少葉片之間的相互遮擋，更有效地吸收太陽光。

　　但大自然同時(shí)也存在其他許多種花序或葉序的排列。

　　像油菜和蘿卜等十字花科植物的花序就是向上延展的，像垂序火鳥蕉這樣的植物的花序則是向下延伸的，這些花序中的小花都是順次排列在一個(gè)花序軸上。至于櫻花、海棠花之類的花序上，小花則是松散地組合在一起，并不存在有限的空間排布花朵的問題，也沒有什么特殊的排列角度和排列小花數(shù)量的問題。

　　很多植物的葉片也并非是旋轉(zhuǎn)生長(zhǎng)的，比如紫薇和金銀木的葉片就是在枝條的兩側(cè)排成兩列，而黃楊的葉子則是呈現(xiàn)出十字交叉的樣子，還有很多像草莓這樣的貼地生長(zhǎng)的植物，葉片都排列在平行于地面的一個(gè)平面上。

　　這樣的排列究竟是如何形成的，科學(xué)家們還沒有找到答案。不過，在大自然中找到數(shù)學(xué)規(guī)律的影子本身仍是件有趣的事。