植物中隐藏的神秘数学

    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。