動(dòng)植物生長(zhǎng)中的數(shù)學(xué)特征

在自然界，動(dòng)植物的生長(zhǎng)常常呈現(xiàn)出某種數(shù)學(xué)規(guī)律，因此伽利略說(shuō)：大自然這本書(shū)是用數(shù)學(xué)語(yǔ)言來(lái)書(shū)寫的。真的是這樣嗎？如果你不信，請(qǐng)你仔細(xì)看看上面的圖片與下面敘述的事實(shí)。

植物生長(zhǎng)中的數(shù)學(xué)特性

（1）向日葵種子的排列方式就是一種典型的數(shù)學(xué)模式。仔細(xì)觀察向日葵花盤，你就會(huì)發(fā)現(xiàn)兩組螺旋線，一組順時(shí)針?lè)较虮P旋，另一組則逆時(shí)針?lè)较虮P旋，并且彼此相嵌。雖然在不同的向日葵品種中，種子順、逆時(shí)針?lè)较蚝吐菪�線的數(shù)量有所不同，但都不會(huì)超出34和55、55和89或者89和144這3組數(shù)字，每組數(shù)字就是斐波納契數(shù)列中相鄰的兩個(gè)數(shù)。植物學(xué)家發(fā)現(xiàn)，在自然界中，這兩種螺旋結(jié)構(gòu)只會(huì)以某些“神奇”的組合同時(shí)出現(xiàn)。比如，21個(gè)順時(shí)針，34個(gè)逆時(shí)針，或34個(gè)順時(shí)針，55個(gè)逆時(shí)針。有趣的是，這些數(shù)字屬于一個(gè)特定的數(shù)字列：斐波納契數(shù)列，即1，2，3，5，8，13，21，34等，每個(gè)數(shù)都是前面兩數(shù)之和。不僅葵花子粒子的排列、還有雛菊，梨樹(shù)抽出的新枝，以及松果、薔薇花、薊葉等都遵循著這一自然法則。

（2）如果你仔細(xì)地觀察一下雛菊，你會(huì)發(fā)現(xiàn)雛菊小菊花花盤的蝸形排列中，也有類似的數(shù)學(xué)模式，只不過(guò)數(shù)字略小一些，向右轉(zhuǎn)的有21條，向左轉(zhuǎn)的34條。雛菊花冠排列的螺旋花序中，小花互以137度30分的夾角排列，這個(gè)精巧的角度可以確保雛菊莖桿上每一枚花瓣都能接受最大量的陽(yáng)光照射。

（3）在仙人掌的結(jié)構(gòu)中有這一數(shù)列的特征。研究人員分析了仙人掌的形狀、葉片厚度和一系列控制仙人掌情況的各種因素，發(fā)現(xiàn)仙人掌的斐波納契數(shù)列結(jié)構(gòu)特征能讓仙人掌最大限度地減少能量消耗，適應(yīng)其在干旱沙漠的生長(zhǎng)環(huán)境。

（4）菠蘿果實(shí)上的菱形鱗片，一行行排列起來(lái)，8行向左傾斜，13行向右傾斜。
（5）挪威云杉的球果在一個(gè)方向上有3行鱗片， 在另一個(gè)方向上有5行鱗片。
（6）常見(jiàn)的落葉松是一種針葉樹(shù)，其松果上的鱗片在兩個(gè)方向上各排成5行和8行。 
（7）美國(guó)松的松果鱗片則在兩個(gè)方向上各排成3行和5行。 
（9）樹(shù)的分枝:如果1棵樹(shù)每年都在生長(zhǎng)，第2年有2個(gè)分枝，通常第3年就有3個(gè)分枝，第4年5個(gè)，第5年8個(gè)，……，每年的分枝數(shù)都是斐波納契數(shù)。 

植物王國(guó)的數(shù)學(xué)特性既優(yōu)美又神秘，如，花瓣的數(shù)目很多是符合斐波那契數(shù)列的，而且花瓣對(duì)稱地排列在花朵邊緣，葉子沿著植物莖干相互疊起。有些植物的種子是圓的，也有一些是刺狀的，傘狀花絮粘帶著其他植物種子在微風(fēng)中隨處飄蕩。還有許多植物都對(duì)螺旋形幾何圖形具有一種特殊的偏好：像向日葵籽盤上相互交叉的奇特螺線，從松果到菠蘿的莖、皮和子實(shí)都顯示了奇特的螺旋規(guī)則，這些規(guī)則在數(shù)學(xué)上極為精確的。所有這一切向我們展示了許多美麗的數(shù)學(xué)模式，這些植物形態(tài)的數(shù)學(xué)特性的確是讓人感到驚嘆，吸引很多人去探究其中的原因。

如果是遺傳決定了花朵的花瓣數(shù)和松果的鱗片數(shù)，那么為什么斐波納契數(shù)列會(huì)與此如此的巧合? 植物為什么會(huì)選擇這樣的形態(tài)和怎么能“知道”斐波納契這個(gè)深?yuàn)W的序列呢？科學(xué)家為此苦苦研究和探索了幾個(gè)世紀(jì)。 到目前為止最好的解釋是1992年由兩位法國(guó)數(shù)學(xué)家伊夫·庫(kù)代和斯特凡尼·杜阿迪提出來(lái)的。他們證明，斐波納契數(shù) 列使花朵頂端的種子數(shù)最多。向日葵等 植物在生長(zhǎng)過(guò)程中，只有選擇這種數(shù)學(xué)模式，花盤上種子的分布才最為有效，花盤也變得最堅(jiān)實(shí)壯實(shí)，產(chǎn)生后代的幾率也最高。 這也是動(dòng)植物在大自然中長(zhǎng)期適應(yīng)和進(jìn)化的結(jié)果。動(dòng)物世界中的數(shù)學(xué)又是怎樣的呢？

動(dòng)物生長(zhǎng)中的數(shù)學(xué)特性

你注意過(guò)蝴蝶的翅膀上的顏色和圖案嗎？它們不僅是多姿多彩，而且還呈現(xiàn)出各種不同 的幾何圖形。如美麗的孔雀尾部羽毛的絢麗的顏色和精美對(duì)稱的幾何圖案；虎皮惹人注目的美麗條紋；獵豹周身點(diǎn)綴著顯目 斑紋；貝殼的花紋，蜜蜂的蜂房結(jié)構(gòu)與蟻穴的結(jié)構(gòu)，蜘蛛網(wǎng)的形態(tài)，疾走的駿馬，吞食海藻的海膽，……數(shù)學(xué)無(wú)處不在。這 些動(dòng)物的外表精美絕倫，五彩繽紛，而它們呈現(xiàn)出數(shù)學(xué)模式告訴我們。生命世界在形態(tài)、結(jié)構(gòu)、圖案、行為、相互作用以及 進(jìn)化等各個(gè)方面都運(yùn)用了數(shù)學(xué)規(guī)律。

人類很早就發(fā)現(xiàn)了在自然界動(dòng)物身上呈現(xiàn)的數(shù)學(xué)特征，如蜜蜂的繁殖規(guī)律；還有蜻蜓的翅膀僅5.1厘米長(zhǎng)，面積4.6平方厘米， 重0.005克，但卻有足夠的強(qiáng)度和剛度，每秒鐘能撲動(dòng)20至40次，飛行速度達(dá)每秒15米。在動(dòng)物的毛皮、斑紋和行走的步態(tài)中， 深藏著某種和數(shù)學(xué)有關(guān)的秘密，……多少年來(lái)，科學(xué)家們?yōu)榇诵膭?dòng)不已，千方百計(jì)地想要破解其中的奧秘。

當(dāng)你仔細(xì)地觀察之后，你同意伽利略的觀點(diǎn)：“大自然這本書(shū)是用數(shù)學(xué)語(yǔ)言來(lái)書(shū)寫的”嗎？如果你將來(lái)想要研究大自然， 那么你也需要學(xué)好數(shù)學(xué)。