向日葵花序的螺线:左旋55
3片花瓣的代表:鸭跖草(上),鸢尾(下)
松塔的螺线:左旋13
百合花花瓣数不是“斐波那契数”
5片花瓣的代表:报春花(左),杏花(右)
金银木叶子(左)与大叶黄杨叶子(右)都没有按“旋转137.5度”的规律生长
生物密探
□史军
向日葵的螺旋线数目总是“斐波那契数”
欣赏植物时,你可能会发现植物的叶片或者花朵都有着神奇的对称比例,一些植物形态中存在的这些黄金比例实际上就是一种隐藏的“斐波那契数列”。有人认为,这种现象不可能是自然形成的,它们一定是在某种智慧的设计下才存在的。也有人科学地指出,大自然就是最神奇的造物主。
植物学家会告诉我们,有些花瓣的数量和花序的排列确实与数学中的“斐波那契数列”有关,但大多数植物的花瓣和叶片排列并不会遵循这个原则,还是与植物对生存环境的适应有密切关系——它们只是在最有效地利用生存空间。
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斐波那契数列和花基数
Fn+1=Fn+Fn-1,这个数列中的每个数字都是前两项数之和,像1,1,2,3,5,8,13,21,34,55,89……这些数字就被称为“斐波那契数”。同时,这个数列中还暗含着黄金比例,如果用数列中的每一个数字去除它前面的数字,数字越大,结果就越趋近于1.618,也就是我们平常所说的“黄金比例”。
植物中首先被提及与“斐波那契数列”有关的是花瓣数。确实有一些花的花瓣数目暗合这个数列中的数字。比如梅花、山桃花、苹果花、山茶花都是5片花瓣,而鸢尾和鸭跖草是典型的有3片花瓣的花。
但是,除此之外的很多植物花瓣数目并不在这个特殊的数列里,我们平常见到的百合花和君子兰都有6片花瓣。更为常见的是,以油菜、萝卜为代表的十字花科植物,花瓣则是4片。
但植物花瓣的数量并不是永恒不变的。例如,原种野生玫瑰的花瓣是5片,是一个“斐波那契数”。但一些经过培育后的玫瑰,通常都会花瓣加倍,变成什么数目已不可预期。
可以通过花瓣的“基数”来寻找它们同“斐波那契数”的关联。就像楼房有楼层差别一样,花瓣通常会从内向外分成几轮,每一轮的花瓣数量是固定的,植物学家把这个固定的数量称为“花基数”。
一般来说,很多双子叶植物的“花基数”就是5(十字花科是个例外),单子叶植物花瓣的“花基数”是3。为什么会出现这种特有的“花基数”?有人猜测可能是由于特殊的控制花发育的基因决定的,不过到目前为止还没有人能找到具体证据。
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巧合还是自然选择
数一数向日葵从中心向外延伸的螺旋线,你会发现,它们也与数列有密切联系。在有300个小花的向日葵花盘上,可以找到34条左旋的曲线和21条右旋的曲线。更大的花盘能找出更多条螺旋线,但螺旋线的数目仍然总是“斐波那契数”。
类似的,人们还发现菠萝和松果的花和种子也是类似的排列,上面的螺旋线有的是8条,有的是13条。34、21、8、13,这些也都是“斐波那契数”。
为了更好地生存,植物必须考虑空间上的经济性。
拿花序来说,一些植物必须安排尽可能多的小花在一起,以增强“小花群体”的吸引力,同时还需要减少花与花之间的相互干扰,小花相互之间的重叠越少越好,才能保证这些小花拥有平均的空间。
有科学模拟实验发现,每旋转137.5度安排一个花朵(或叶片)是最合理的设计,而实际中菊科植物的花序正是按这个规律排列的。有一些树叶排列也遵循“旋转137.5度”的安排,因为这样可以最大程度减少叶片之间的相互遮挡,更有效地吸收太阳光。
但大自然同时也存在其他许多种花序或叶序的排列。
像油菜和萝卜等十字花科植物的花序就是向上延展的,像垂序火鸟蕉这样的植物的花序则是向下延伸的,这些花序中的小花都是顺次排列在一个花序轴上。至于樱花、海棠花之类的花序上,小花则是松散地组合在一起,并不存在有限的空间排布花朵的问题,也没有什么特殊的排列角度和排列小花数量的问题。
很多植物的叶片也并非是旋转生长的,比如紫薇和金银木的叶片就是在枝条的两侧排成两列,而黄杨的叶子则是呈现出十字交叉的样子,还有很多像草莓这样的贴地生长的植物,叶片都排列在平行于地面的一个平面上。
这样的排列究竟是如何形成的,科学家们还没有找到答案。不过,在大自然中找到数学规律的影子本身仍是件有趣的事。
(来源:羊城晚报)