吳佩君

大自然為生存其中的眾多動(dòng)植物設(shè)計(jì)了許多精妙的圖形，圖紋和色彩搭配總是令人賞心悅目，堪稱最高妙的藝術(shù)家。而且，這些圖案不僅很美而且很實(shí)用。那么，漂亮的圖案背后又藏著哪些奧秘呢？

隱藏著生存意義的對(duì)稱性

對(duì)稱也許是自然界最為常見(jiàn)的圖形了。動(dòng)物界，鏡像對(duì)稱（左右對(duì)稱）是動(dòng)物對(duì)稱的主要特征，比如從一只蝴蝶，一只老虎身上可以找到一條中軸線，假設(shè)一折疊，動(dòng)物的左右兩邊可以重合。在植物中，通常是旋轉(zhuǎn)對(duì)稱，像許多花卉如玫瑰，動(dòng)物的某些群體如?？?，繞一個(gè)頂點(diǎn)旋轉(zhuǎn)180°后，仍然與原來(lái)的圖形重合，這就是類似圓形的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱。在棘皮動(dòng)物中甚至有五倍對(duì)稱性，比如海葵、海星、海百合等等。

對(duì)稱性的東西讓人能產(chǎn)生美感，使得人類創(chuàng)造了更多的對(duì)稱性藝術(shù)作品。比如許多古寺廟都有中軸線，桌角板凳、廚房廚具都有一定的對(duì)稱性，而古代的對(duì)聯(lián)及律詩(shī)也是對(duì)稱的，講究音律美。那么，對(duì)稱性對(duì)于生命生存而言還有什么科學(xué)道理嗎？

目前，最普遍的解釋是，在動(dòng)物王國(guó)中，這種雙邊對(duì)稱可以使得動(dòng)物們?cè)谥袠猩窠?jīng)系統(tǒng)指揮下，身體保持平衡，四肢更加協(xié)調(diào)。這樣才能方便動(dòng)物們更好地進(jìn)行奔跑、行走等活動(dòng)。進(jìn)化論者認(rèn)為，比起不對(duì)稱的動(dòng)物，正是雙邊對(duì)稱的特征使得這些動(dòng)物能更好地生存下來(lái)。

而對(duì)于?？@些靜止的生物來(lái)說(shuō)，食物或者威脅可以來(lái)自任何方向，這就決定了它們的接收器需要遍布在各個(gè)方向，所以常常呈現(xiàn)旋轉(zhuǎn)對(duì)稱。

對(duì)稱性也常常暗示著動(dòng)植物有更好的基因，因?yàn)橹挥辛己玫幕虿拍懿邉澇鋈绱擞幸?guī)律的生長(zhǎng)模式，這也暗示這個(gè)生物是健康的，會(huì)受到異性的青睞而存活下來(lái)。

螺旋狀與黃金角

在植物界，向日葵的種子之間沒(méi)有絲毫間隙地緊密排列，形成令人艷羨的完美螺旋形。菠蘿皮、蛇果皮，都按螺旋形排列；高等植物圍繞著樹莖生長(zhǎng)的葉子也是呈螺旋狀排列。不僅如此，這里面還蘊(yùn)含有數(shù)學(xué)規(guī)律。如果以一片葉子作為起點(diǎn)，沿著螺旋開(kāi)始向上數(shù)葉片，將數(shù)到的最后一片在方向上和起始葉片重疊的葉片作為終點(diǎn)，記錄第一片葉子和最后一片葉子的螺旋形繞莖的周數(shù)（葉序周數(shù)）及葉片的總數(shù)，就會(huì)發(fā)現(xiàn)，植物的葉序周數(shù)和葉片總數(shù)，花盤類植物的螺旋數(shù)竟然都是斐波那契數(shù)。斐波那契數(shù)指的是一組如0、1、1、2、3、5、8、13、21、34等的整數(shù)數(shù)列，每個(gè)數(shù)字大都是前兩個(gè)數(shù)字之和。

當(dāng)再測(cè)量下根據(jù)斐波那契數(shù)列排列的植物螺旋線的弧度時(shí)，就會(huì)發(fā)現(xiàn)這些弧度形成的角度正好是137.5°，許多植物的莖葉和果實(shí)幾乎都是按照這個(gè)137.5°模式排列的。137.5°這個(gè)角度有什么特別之處嗎？

通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬，科學(xué)家們確認(rèn)137.5°堪稱黃金角度，因?yàn)樗谷皇欠N子不留間隙排列的唯一角度，也就是說(shuō)這種角度使得花朵頂端可以排列最多的種子，或者使得樹干擁有最多的葉子。對(duì)于植物而言，只有選擇這種數(shù)學(xué)模式，才能最大限度地利用生長(zhǎng)空間，使得所有的花盤種子或者葉子具有差不多的大小而又疏密得當(dāng)。對(duì)葉片排列而言，按斐波納那契數(shù)螺旋式排列能最大程度減少葉片之間的相互遮擋，更有效地吸收太陽(yáng)光，進(jìn)行光合作用。可見(jiàn)植物葉子或種子的螺旋式排列不只是美觀，它更是植物生存的基本需要。

不僅是植物世界，螺旋圖案廣泛存在于整個(gè)自然界中。一架大型噴氣式客機(jī)如果想節(jié)省時(shí)間地走捷徑，比如從歐洲直線飛往北美洲，最終很可能會(huì)尷尬地降落在目的地以北3000千米的地區(qū)，避免飛機(jī)在北極圈著陸的唯一辦法就是按照螺旋形路線前進(jìn)。馬桶里的渦旋、毀滅性的颶風(fēng)、龍卷風(fēng)這些也是螺旋圖案。今天，科學(xué)家們已經(jīng)找到了其中部分原因，它可能來(lái)源于科里奧利效應(yīng)。在這種效應(yīng)中，地球的自轉(zhuǎn)力往往使所有物體朝同一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，赤道以北的低壓系統(tǒng)逆時(shí)針自轉(zhuǎn)，南半球的情況則正好相反，這種自傳力正是許多螺旋結(jié)構(gòu)形成的來(lái)源。

絢麗的斑點(diǎn)與條紋

斑點(diǎn)點(diǎn)綴著豹子和瓢蟲使得它們格外漂亮，神仙魚和斑馬的條紋也讓人覺(jué)得異常奪目。神奇的大自然從來(lái)不會(huì)生產(chǎn)無(wú)用之物，這些漂亮的小裝飾又有哪些意想不到的用途呢？

一個(gè)合理的解釋是，這些圖案將增加動(dòng)物們生存和繁殖的幾率。動(dòng)物圖案的一個(gè)功能是偽裝。花紋和斑點(diǎn)常常有隱藏、迷惑的作用。例如，純色反射的是整齊的模式，而斑馬黑白圖案反射的是多種光線，利用這種反射，斑馬在奔跑過(guò)程中很容易晃得讓捕食者眼花，奪命吸血蠅也不喜歡降落在這種黑白圖案上面。豹子的斑點(diǎn)身體則像一個(gè)迷彩服一樣，可以讓它很好地在叢林里偽裝。

這些圖案的另一個(gè)功能是發(fā)送信號(hào)。一個(gè)有著黑色斑點(diǎn)的瓢蟲不太可能被猛禽攻擊，因?yàn)槿绻粋€(gè)動(dòng)物具有很刺眼的警告顏色，可能暗示著苦味或有毒。如果一只小鳥第一次見(jiàn)到瓢蟲，無(wú)視警示圖案吃它們后，也只會(huì)嘗試這么一次，很快就會(huì)吐出這些味道很苦的蟲子。在與這些顏色亮麗的蟲子長(zhǎng)期斗爭(zhēng)的過(guò)程中，鳥類將學(xué)會(huì)辨別這樣外表的蟲子不能吃。

對(duì)于那些有花紋和色彩的植物來(lái)說(shuō)，這些圖案可能讓植物們更顯目，吸引遠(yuǎn)處的授粉動(dòng)物。研究者們已經(jīng)證實(shí)歐洲蜜蜂及其他傳粉昆蟲，會(huì)被花輻射狀的色彩和條紋吸引。