植物中隱藏著(zhù)神秘數字嗎？

來(lái)自:養花知識主題站 作者:任圓圓 2013-09-30 15:30 16735次閱讀

流言： 植物中存在著(zhù)不同類(lèi)型的黃金比例，植物的葉片花朵數目都是按照斐波那契數列來(lái)生長(cháng)的，這樣的現象不可能是自然形成的，正是智慧設計存在的證據。

真相： 看來(lái)人類(lèi)對于斐波那契數列的熱愛(ài)已經(jīng)不僅僅局限在數學(xué)圈了，那么事實(shí)如何呢？對于植物界的情況，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是，雖然一些植物形態(tài)中確實(shí)隱藏著(zhù)斐波那契數列的蛛絲馬跡，但大多數植物的花瓣和葉片的數目與斐波那契數列無(wú)關(guān)。

我們先來(lái)了解一下什么是斐波那契數列，F_n+1=F_n+F_n-1，這個(gè)數列中的每個(gè)數字都是前兩項數之和，如果是以1，1開(kāi)頭的自然數數列，1，1，2，3，5，8，13，21，34，55，89……這些數字被稱(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)數字去除它后面的數字，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。

花瓣：似是而非的規律

植物中首先被提及與斐波那契數列有關(guān)的是花瓣數。不可否認，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個(gè)花瓣；而鳶尾和鴨跖草是典型的有3個(gè)花瓣的花（雖然鳶尾的萼片看起來(lái)很像花瓣，經(jīng)常被看成6枚花瓣的花）。但是，除此之外的很多植物的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。更為是常見(jiàn)的是，以油菜、蘿卜為代表的十字花科植物，花瓣都是4枚。

5個(gè)花瓣的代表：報春花（左），杏花（右）

3個(gè)花瓣的代表：鴨跖草（上），鳶尾（下）

花瓣數不是斐波那契額數的代表：6個(gè)花瓣的百合花（左），4個(gè)花瓣的二月蘭（右）

而且，植物花瓣的數量也不是永恒不變的。例如，原種野生玫瑰的花瓣是5枚，是一個(gè)斐波那契數，但是現在花店賣(mài)的商品玫瑰（小心！絕大多數其實(shí)是月季）經(jīng)過(guò)培育，花瓣加倍，變成什么數目已經(jīng)不可預期了。

如果需要尋找花瓣數目同斐波那契數的關(guān)聯(lián)，那花瓣“基數”還算是一個(gè)不錯的聯(lián)系紐帶。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，每一輪的花瓣數量又是固定的，植物學(xué)家把這個(gè)固定的數量取了一個(gè)名字叫“花基數”。一般來(lái)說(shuō)，很多雙子葉植物的花基數就是5（除了例外的十字花科等），而單子葉植物花瓣的基數是3。雖然百合是花瓣6枚的單子葉植物，但其實(shí)是每輪3瓣的兩輪排列，花基數仍然是3。單子葉植物和雙子葉植物為什么會(huì )出現這種特有的花基數，猜測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)有找到絲毫證據。

花序：為了更多的排列

在有些時(shí)候，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，增強“小花群體”的吸引力，同時(shí)還需要減少小花之間的相互干擾，小花相互之間的重疊越少越好，保證這些小花擁有平均的空間。模擬發(fā)現每旋轉137.5度（2π×(1-0.618)）安排一個(gè)花朵是最合理的設計，而實(shí)際中菊科植物的花序就是這樣安排的。此外，數一數從向日葵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)，但是螺旋線(xiàn)的數目總是斐波那契數。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，這些都是斐波那契數。不過(guò)，這樣的排列是如何形成的，科學(xué)家們還沒(méi)有找到答案。

向日葵花序的螺線(xiàn)：左旋55，右旋34

松塔的螺線(xiàn)：左旋13，右旋8

即便是這樣，自然也同時(shí)存在其他許多種花序排列。像油菜和蘿卜等十字花科植物的花序就是向上延展的，而像垂序火鳥(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的組合在一起，并不存在有限的空間排布花朵的問(wèn)題，也就沒(méi)有什么特殊的排列角度和排列小花數量的問(wèn)題，與斐波那契數并沒(méi)有什么關(guān)聯(lián)。

薺菜花序（左），垂序火鳥(niǎo)蕉的花序（右），都與斐波那契數無(wú)關(guān)

葉序：更重要的存在是適應

有一些報道中說(shuō)樹(shù)葉的排列也有特別的數字，比如葉片的生長(cháng)也遵循旋轉137.5度的安排，這樣的安排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。但是很多植物的葉片并非是旋轉生長(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地貼地生長(cháng)的植物，葉片都排列在平行于地面的一個(gè)平面上。

兩側排列的金銀木葉子（左），十字交叉排列的大葉黃楊葉子（右）

在大自然中找到數學(xué)規律的身影是有趣迷人的。不過(guò)，要是把這些規律看作是自然的普適規律，并引申出是存在創(chuàng )造者設計的觀(guān)點(diǎn)就不恰當了。

結論： 有些花瓣的數量和花序的排列確實(shí)體現出了斐波那契數列。但是大多數植物的花瓣和葉片排列并不會(huì )遵循這個(gè)原則。之所以出現斐波那契數和黃金比例的角度，都是能最有效利用空間的模型，而在不需要考慮空間使用的情況下，就會(huì )隨機分布了。是否出現特別的數列，都與植物對生存環(huán)境的適應有密切關(guān)系。