植物的數(shù)學(xué)頭腦

宣金祥

植物和數(shù)學(xué)，聽起來這似乎是兩個風(fēng)馬牛不相及的領(lǐng)域，它們?nèi)绾文艹渡详P(guān)系呢？這個問題，還要科學(xué)家來給我們解答。

通過長期的觀察和研究，科學(xué)家驚奇地發(fā)現(xiàn)：自然界各種植物生長，都合乎一定的數(shù)學(xué)規(guī)律。

甜菜的上部葉片呈垂直生長，葉簇成漏斗形。這種生長方式所形成的葉面空間的配制結(jié)構(gòu)，極有利于對光照的吸收，可提高植株和群體的光合效率。

車前草的葉片是輪生的，葉片夾角為137.5度，這正是圓的黃金分割的弦角。葉片按這個角度生長，既不浪費空間又能充分利用光照。

梨樹等多年生木本植物也與車前草相似，隨著樹干的長高，葉片沿對數(shù)螺旋上升，每張葉片都恰到好處地生長在不遮蔽下面葉片的空間。

還有生長在高山上的樹木或是樹干高大的樹種，由于高山風(fēng)大或樹高招風(fēng)，它們最理想的樹形莫過于像不倒翁似的圓錐形，如云杉、水杉、白楊等都是這樣。

植物的“數(shù)學(xué)頭腦”，還為本身的組織結(jié)構(gòu)設(shè)計了最佳方案。

比如草本植物的圓柱形莖稈，其木質(zhì)部組織的厚度常為莖稈直徑的1/7左右，這種莖稈形狀和木質(zhì)部比例，可獲得以耗費最小的生物材料來達到最大的堅固性效益。

一些莖稈呈四棱形的野草，它們的木質(zhì)部組織則集中于四角，這種用料方式很科學(xué)，這使得它們可以用較少的生物材料支持較大的葉面積。

莖稈高大的玉米，在莖基部長出許多氣生根，增加了莖的穩(wěn)定性，它的果穗多長于莖的中下部，也符合黃金分割的比例，可增強抗倒伏性能。

植物的其他器官，比如各式各樣的葉片和花朵，它們的外形輪廓也可找到一定的數(shù)學(xué)公式來描述。現(xiàn)代數(shù)學(xué)所命名的“葉形線”（又稱“笛卡兒葉線”），就是法國著名數(shù)學(xué)家笛卡兒通過研究許多植物的葉形曲線，而列出的有名的數(shù)學(xué)方程式。

植物世界中的數(shù)學(xué)奇境，實在引人入勝，科學(xué)家們正在探索揭示其中的規(guī)律，并建立數(shù)學(xué)模型，以期在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中用于預(yù)測和控制農(nóng)作物的群體結(jié)構(gòu)，使其大幅度提高產(chǎn)量，造福于人類。

編輯/ 申冬梅