科學家發(fā)現(xiàn),一些植物的花瓣、萼片、果實的數(shù)目以及排列的方式上,都有一個神奇的規(guī)律,它們都非常符合著名的斐波那契數(shù)列。例如:薊,它們的頭部幾乎呈球狀。在下圖中,你可以看到兩條不同方向的螺旋。我們可以數(shù)一下,順時針旋轉(zhuǎn)的(和左邊那條旋轉(zhuǎn)方向相同)螺旋一共有13條,而逆時針旋轉(zhuǎn)的則有21條。此外還有菊花、向日葵、松果、菠蘿等都是按這種方式生長的。
最典型的例子就是以斐波那契螺旋方式排列的向日葵種子。仔細觀察向日葵花盤,你會發(fā)現(xiàn)2組螺旋線,一組順時針方向盤繞,另一組則逆時針方向盤繞,并且彼此相嵌。
雖然不同的向日葵品種中,種子順、逆時針方向和螺旋線的數(shù)量有所不同,但往往不會超出34和55、55和89或者89和144這三組數(shù)字,這每組數(shù)字都是斐波那契數(shù)列中相鄰的2個數(shù)。前一個數(shù)字是順時針盤繞的線數(shù),后一個數(shù)字是逆時針盤繞的線數(shù)。
菠蘿的表面,與松果的排列略有不同。菠蘿的每個鱗片都是三組不同方向螺旋線的一部分。大多數(shù)的菠蘿表面分別有5條、8條和13條螺線,這些螺線也稱斜列線。
菠蘿果實上的菱形鱗片,一行行排列起來,8行向左傾斜,13行向右傾斜。挪威云杉的球果在一個方向上有3行鱗片,在另一個方向上有5行鱗片。常見的落葉松是一種針葉樹,其松果上的鱗片在2個方向上各排成5行和8行,美國松的松果鱗片則在2個方向上各排成3行和5行…… 。
植物從花到葉再到種子都可以顯現(xiàn)出對這些數(shù)字的偏好。松柏等球果類植物的種球生長非常緩慢,在此類植物的果實上也常常可以見到螺旋形的排列。這枚松果上分別有8條向左和5條向右的螺旋線。而這枚則有8條向左和13條向右的螺旋線。
如果是遺傳決定了花朵的花瓣數(shù)和松果的鱗片數(shù),那么為什么斐波那契數(shù)列會與此如此的巧合?
這也是植物在大自然中長期適應(yīng)和進化的結(jié)果。因為植物所顯示的數(shù)學特征是植物生長在動態(tài)過程中必然會產(chǎn)生的結(jié)果,它受到數(shù)學規(guī)律的嚴格約束,換句話說,植物離不開斐波那契數(shù)列,就像鹽的晶體必然具有立方體的形狀一樣。由于該數(shù)列中的數(shù)值越靠后越大,因此2個相鄰的數(shù)字之商將越來越接近0.618034這個值。例如34/55=0.6182,已經(jīng)與之接近,而這個比值的準確極限是“黃金數(shù)”。
數(shù)學中,還有一個稱為黃金角的數(shù)值是137.5°,這是圓的黃金分割的張角,更精確的值應(yīng)該是137.50776°。與黃金數(shù)一樣,黃金角同樣受到植物的青睞。
1979年,英國科學家沃格爾用大小相同的許多圓點代表向日葵花盤中的種子,根據(jù)斐波那契數(shù)列的規(guī)則,盡可能緊密地將這些圓點擠壓在一起。他用計算機模擬向日葵的結(jié)果顯示,若發(fā)散角小于137.5°,那么花盤上就會出現(xiàn)間隙,且只能看到一組螺旋線;若發(fā)散角大于137.5°,花盤上也會出現(xiàn)間隙,而此時又會看到另一組螺旋線;只有當發(fā)散角等于黃金角時,花盤上才呈現(xiàn)彼此緊密鑲合的2組螺旋線。
所以,向日葵等植物在生長過程中,只有選擇這種數(shù)學模式,花盤上種子的分布才最為有效,花盤也變得最堅固壯實,產(chǎn)生后代的幾率也最高。如此的原因很簡單:這樣的布局能使植物的生長疏密得當、最充分地利用陽光和空氣,所以很多植物都在億萬年的進化過程中演變成了如今的模樣。當然受氣候或病蟲害的影響,真實的植物往往沒有完美的斐波那契螺旋。
例如帶小花的大向日葵的管狀小花排列成兩組交錯的斐波那契螺旋,并且順時針和逆時針螺旋的條數(shù)恰是斐波那契數(shù)列中相鄰的兩項,其中順時針的螺旋有34條,逆時針的螺旋有55條。蒲公英和松塔也是以斐波那契螺旋排列種子或鱗片的。