植物中隐藏着神秘数字吗?

发布日期:2021-03-21 01:08

流言:植物中存在着不同类型的黄金比例,植物的叶片花朵数目都是按照斐波那契数列来生长的,这样的现象不可能是自然形成的,正是智慧设计存在的证据。

真相:看来人类对于斐波那契数列的热爱已经不仅仅局限在数学圈了,那么事实如何呢?对于植物界的情况,简单来说就是,虽然一些植物形态中确实隐藏着斐波那契数列的蛛丝马迹,但大多数植物的花瓣和叶片的数目与斐波那契数列无关。

我们先来了解一下什么是斐波那契数列,fn+1=fn+fn-1,这个数列中的每个数字都是前两项数之和,如果是以1,1开头的自然数数列,1,1,2,3,5,8,13,21,34,55,89……这些数字被称为斐波那契数。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。

花瓣:似是而非的规律植物中首先被提及与斐波那契数列有关的是花瓣数。不可否认,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个花瓣;而鸢尾和鸭跖草是典型的有3个花瓣的花(虽然鸢尾的萼片看起来很像花瓣,经常被看成6枚花瓣的花)。但是,除此之外的很多植物的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。更为是常见的是,以油菜、萝卜为代表的十字花科植物,花瓣都是4枚。

5个花瓣的代表:报春花(左),杏花(右)

3个花瓣的代表:鸭跖草(上),鸢尾(下)

花瓣数不是斐波那契额数的代表:6个花瓣的百合花(左),4个花瓣的二月兰(右)

而且,植物花瓣的数量也不是永恒不变的。例如,原种野生玫瑰的花瓣是5枚,是一个斐波那契数,但是现在花店卖的商品玫瑰(小心!绝大多数其实是月季)经过培育,花瓣加倍,变成什么数目已经不可预期了。

如果需要寻找花瓣数目同斐波那契数的关联,那花瓣“基数”还算是一个不错的联系纽带。就像楼房有楼层差别一样,花瓣通常会从内向外分成几轮,每一轮的花瓣数量又是固定的,植物学家把这个固定的数量取了一个名字叫“花基数”。一般来说,很多双子叶植物的花基数就是5(除了例外的十字花科等),而单子叶植物花瓣的基数是3。虽然百合是花瓣6枚的单子叶植物,但其实是每轮3瓣的两轮排列,花基数仍然是3。单子叶植物和双子叶植物为什么会出现这种特有的花基数,猜测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找到丝毫证据。

花序:为了更多的排列在有些时候,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,增强“小花群体”的吸引力,同时还需要减少小花之间的相互干扰,小花相互之间的重叠越少越好,保证这些小花拥有平均的空间。模拟发现每旋转137.5度(2π×(1-0.618))安排一个花朵是最合理的设计,而实际中菊科植物的花序就是这样安排的。此外,数一数从向日葵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,但是螺旋线的数目总是斐波那契数。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。