植物中隱藏的神秘數學(xué)

    欣賞植物時(shí)，你可能會(huì )發(fā)現植物的葉片或者花朵都有著(zhù)神奇的對稱(chēng)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“斐波那契數列”。有人認為，這種現象不可能是自然形成的，它們一定是在某種智慧的設計下才存在的。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，有些花瓣的數量和花序的排列確實(shí)與數學(xué)中的“斐波那契數列”有關(guān)，但大多數植物的花瓣和葉片排列并不會(huì )遵循這個(gè)原則，還是與植物對生存環(huán)境的適應有密切關(guān)系——它們只是在最有效地利用生存空間。

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　　斐波那契數列和花基數

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

　　植物中首先被提及與“斐波那契數列”有關(guān)的是花瓣數。確實(shí)有一些花的花瓣數目暗合這個(gè)數列中的數字。比如梅花、山桃花、蘋(píng)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目并不在這個(gè)特殊的數列里，我們平常見(jiàn)到的百合花和君子蘭都有6片花瓣。更為常見(jiàn)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”。但一些經(jīng)過(guò)培育后的玫瑰，通常都會(huì )花瓣加倍，變成什么數目已不可預期。

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

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

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　　巧合還是自然選擇

　　數一數向日葵從中心向外延伸的螺旋線(xiàn)，你會(huì )發(fā)現，它們也與數列有密切聯(lián)系。在有300個(gè)小花的向日葵花盤(pán)上，可以找到34條左旋的曲線(xiàn)和21條右旋的曲線(xiàn)。更大的花盤(pán)能找出更多條螺旋線(xiàn)，但螺旋線(xiàn)的數目仍然總是“斐波那契數”。

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

　　為了更好地生存，植物必須考慮空間上的經(jīng)濟性。

　　拿花序來(lái)說(shuō)，一些植物必須安排盡可能多的小花在一起，以增強“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)驗發(fā)現，每旋轉137.5度安排一個(gè)花朵（或葉片）是最合理的設計，而實(shí)際中菊科植物的花序正是按這個(gè)規律排列的。有一些樹(shù)葉排列也遵循“旋轉137.5度”的安排，因為這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(yáng)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(niǎo)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(lèi)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(wèn)題，也沒(méi)有什么特殊的排列角度和排列小花數量的問(wèn)題。

　　很多植物的葉片也并非是旋轉生長(cháng)的，比如紫薇和金銀木的葉片就是在枝條的兩側排成兩列，而黃楊的葉子則是呈現出十字交叉的樣子，還有很多像草莓這樣的貼地生長(cháng)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(méi)有找到答案。不過(guò)，在大自然中找到數學(xué)規律的影子本身仍是件有趣的事。