植物和斐波那契螺旋的秘密

发布者：自由知新 2023-7-11 20:21

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你是否注意过，自然界中有许多植物的花朵、叶子、果实等，都呈现出一种优美的螺旋状排列？这种螺旋状排列，其实是遵循了一个神奇的数学规律，那就是**斐波那契数列**。斐波那契数列是这样一组数列：1、1、2、3、5……即后一数字为前面两个数字之和。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后面的数字，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。

斐波那契数列和黄金比例被认为是大自然中最美的比例，它们在艺术、建筑、设计等领域都有着广泛的应用。而在植物界，它们也展现出了惊人的魅力。例如，向日葵的花盘中有2组螺旋线，一组顺时针方向盘绕，另一组则逆时针方向盘绕，并且彼此相嵌。虽然不同的向日葵品种中，这些顺逆螺旋的数目并不固定，但往往不会超出34和55、55和89或者89 和144这三组数字，这每组数字都是斐波那契数列中相邻的2个数。这样排列的目的，是为了让植物最充分地利用阳光和空气，繁衍更多的后代。

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，这些都是斐波那契数。不过，这样的排列是如何形成的，科学家们还没有找到答案。

长期以来，科学家们都认为，斐波那契螺旋是植物的一种古老而高度保守的特征，可以追溯到植物进化的最早阶段。但最近，一项新的研究却打破了这个观点。科学家们在中国发现了一株407亿年前的植物化石，它们属于最早出现维管束（负责运输水分和养分）的植物之一。令人惊讶的是，这株古老的植物的叶子跳过了通常的斐波那契螺旋斐波那契数列，它们排列成螺旋状，但是无法用斐波那契数来描述。这意味着，斐波那契螺旋并不是植物的原始特征，而是后来才进化出来的。

那么，为什么植物会爱上斐波那契螺旋呢？研究认为这可能与植物的生长方式有关。植物的叶子是由茎的顶端的一个细胞群体（称为顶端分生组织）分裂出来的。每当一个叶原基（叶子的雏形）分裂出来，顶端分生组织就会沿着茎旋转一定的角度，然后再分裂出下一个叶原基。这样，叶子就会呈现出螺旋状排列在茎上。这个旋转的角度，就是决定叶子是否遵循斐波那契数列的关键因素。

如果这个角度是137.5度（2π× (1-0.618)），也就是黄金比例的角度，那么叶子就会按照斐波那契数列排列。这样做的好处是，叶子之间可以最大程度地减少遮挡，从而获得更多的阳光和空气。这对于光合作用和气体交换是非常有利的。而且，这个角度也可以让叶子之间保持一定的距离，避免过于拥挤或稀疏，从而提高了植物的稳定性和美观性。

但是，并不是所有植物都选择了这个最优的角度。有些植物可能由于基因突变、环境变化、竞争压力等原因，而选择了其他不同的角度。例如，我们刚刚提到的407亿年前的植物，它们可能还没有完全适应陆地环境，或者还没有遇到太多的竞争对手，所以它们没有必要采用最节省空间和资源的方式来生长。也有可能，它们已经发展出了其他更适合自己生存的方式，比如长得更高、更茂密、更强壮等。

斐波那契螺旋并不是植物天生就有的特征，而是在漫长的进化过程中逐渐形成和优化的结果。它反映了植物对自然界中各种压力和挑战的应对和适应。当然，斐波那契螺旋也不是唯一的解决方案，植物界中还有许多其他种类和形式的美丽和奇妙。我们应该用敬畏和欣赏的心态去观察和学习这些大自然赋予我们的礼物。

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