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 。
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南庭芥
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 。
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芭蕉
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 。
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