水果都是数学家

作者:日戎丹妍 来源:《意林12+》

  斐波那契数列是中世纪的意大利数学彖斐波那契提出的,最初的问题是:假设兔子的生殖规律是每一对兔子出生两个月后就具有生殖能力,每对成年兔子每个月可以生一对兔子。那么由一对兔子开始,一年后可以繁殖出成多少对兔子?由此他得出一个数列:1,1,2,3,5,8,13,21,34……这就是著名的斐波那契数列。

  斐波那契发现这个数列时,并不知道植物也遵循这个数列。但后世的科学家无意中发现植物竟然也“懂”这个数列。为什么植物也知道这个数列?要找到原因,首先要从植物的生长开始研究。

  植物是从种子和嫩芽生长起来的。如果用显微镜观察,叶子、萼片、花瓣、小花等的顶端,其中央有一个圆形的组织叫“尖点”,而在尖点的周围,有一个接一个的微小隆起,这些隆起称为“原基”。最后,这些隆起的原基就长成叶子、花瓣、萼片等。每个原基都希望它所生长的花、蕊或叶片以后能够获得最大的生长空间。例如叶片希望得到充足的阳光,根部则希望得到充足的水分,花瓣或花蕊则希望能有充分的空间展示自己以吸引昆虫来传粉。因此,原基与琢基之间就需要隔开一定空间以保证将来长出的叶片或花瓣能有效生长。但因为不断有新的原基产生,原来的原基就会被不断往外挤,那么怎么排列才能使得将来的叶片和花瓣都能有效伸展自己呢?

  值到本世纪初,两位科学家得知了结果,他们是杜阿迪和库代。结果很好笑,当科学家在为植物的聪明才智惊叹时,植物自己却不知道自己用了这样一个数列。

  两位科学家用置于垂直磁场中充满硅油的圆碟完成了一个实验。他们让可磁化的液体以规则的时间间隔一滴一滴落入碟的中央,液滴被磁化后相互排斥,逐渐向边缘排斥。

  最终,他们看到了这样一幕:液滴形成了一个如同向日葵花盘中的那种交叉的螺线。他们还在计算机上进行了计算,得到的依然是十分类似的结果。

  所以,植物最终长出斐波那契数列的螺线和基因没有关系,而是动力学让它们这么做的。也就是说,植物并不知道什么是斐波那契数列,也不知道什么是黄金角,它们完全根据自身的需要努力生长,最终就会变成这样。

  这也解释了有的植物没有声遵循这一规律的原因,因为在植物的原基生长过程中会出现一些特例,比如受天气或其他什么影响了,原基的角度出现了差别,那么最终它们就形成不了斐波那契数列以及左右螺线。

  植物与数学的相遇,真是妙不可言。