如果你仔細觀察過植物葉片的排列，就會發(fā)現(xiàn)，植物世界包含了豐富的模式。在大量現(xiàn)存的植物物種中，普遍存在一種獨特的螺旋狀葉片排列方式，這類螺旋被稱為斐波那契螺旋，它們是按照斐波那契序列排列而成的。

長期以來，科學家都認為，斐波那契螺旋是植物的一種古老而高度保守的特征，可以追溯到植物進化的最早階段。然而，一項新發(fā)表于《科學》雜志的研究推翻了這一觀點。

斐波那契螺旋存在于大量現(xiàn)存植物中。從左到右：智利南洋杉、松果、雛菊。（圖/Sandy Hetherington via The conversation）

一個古生物學家團隊在觀察了一種可追溯到4.07億年前的植物化石的葉片螺旋和生殖結(jié)構(gòu)后，他們驚訝地發(fā)現(xiàn)，這種在當今的自然界中常見的獨特的螺旋狀葉片排列方式，在最初生長在地表的最古老的陸地植物中并不常見。

  斐波那契螺旋  

螺旋存在于自然界的許多植物中，它們是植物組織的主要模式，順時針和逆時針方向的都有，我們用肉眼就可以識別。在大多數(shù)情況下，這些螺旋與斐波那契序列有關。

在斐波那契序列中，后一個數(shù)字是前兩個數(shù)字相加之和，也就是0，1，1，2，3，5，8，13等等。

現(xiàn)在，如果你拿起一個松果，從它的底部，你會看到木質(zhì)鱗片形成的向上的螺旋。數(shù)數(shù)上面的順時針和逆時針螺旋的數(shù)量，你會發(fā)現(xiàn)，幾乎在所有情況下，螺旋的數(shù)量都是斐波那契序列中的整數(shù)。

用相同的顏色顯示了松果上的8個順時針和13個逆時針螺旋。8和13都是斐波那契序列中的連續(xù)數(shù)字。（圖/Sandy Hetherington via conversation）

這樣的情況并不是特例。在2015年的一項研究中，有科學家對6000個松果進行了研究中，發(fā)現(xiàn)97%的松果都具有斐波那契螺旋。

一顆典型花菜的螺旋模式，包含5個順時針螺旋和8個逆時針螺旋，在圖中以不同顏色框出。（圖/Etienne Farcot via The Conversation）

斐波那契螺旋不僅存在于松果中，也在其他植物器官中，比如在一顆典型的花菜上，通常會看到5個順時針螺旋和8個逆時針螺旋（或者5個逆時針螺旋和8個順時針螺旋）。

智利南洋杉，它的葉子從頂端開始呈螺旋狀逐漸繞莖旋轉(zhuǎn)排列。（圖/Wikipedia）

其實，在1992年的一項研究中，有科學家對650多種植物的12,000個螺旋進行了分析，并發(fā)現(xiàn)90%以上都存在斐波那契螺旋。斐波那契螺旋在現(xiàn)存植物物種中出現(xiàn)的頻率如此之高，使得科學家一直認為，斐波那契螺旋在所有植物中都是古老且高度保守的。

  古老的植物化石  

在一項新的研究中，一組研究人員利用早期的植物化石，對這一理論進行了驗證。

他們研究了已知的第一批長有葉子的植物的葉子排列和生殖結(jié)構(gòu)，這些植物屬于石松綱。具體的研究對象是一種已滅絕的被稱為星木（Asteroxylon mackiei）的植物的化石。

對星木的3D重建。（圖/Matt Humpage, Northern Rogue Studios）

研究人員拍攝了這些化石切片的圖像，然后使用數(shù)字重建技術，以3D的形式對星木葉片的排列進行了可視化，并量化了其中的螺旋數(shù)量。

他們意外地發(fā)現(xiàn)，古老的星木有著很不一樣的葉片排列，其最常見的排列都是非斐波那契螺旋的。在如此早期的化石中發(fā)現(xiàn)這么多非斐波那契螺旋令研究人員非常震驚，因為這樣的螺旋在今天現(xiàn)存的植物物種中非常罕見。

  獨特的進化史  

這些發(fā)現(xiàn)改變了科學家對出現(xiàn)在陸生植物中的斐波那契螺旋的認識，推翻了所有葉類植物都是按照斐波那契模式開始生長葉子的觀點。

這項研究還表明，石松植物的葉片進化和斐波那契螺旋的進化歷史與其他現(xiàn)存的植物（如蕨類植物、針葉樹和開花植物）不同。這意味著斐波那契螺旋在植物進化過程中多次單獨出現(xiàn)。

此外，這項工作還為一個進化問題帶來了新的見解，即為什么斐波那契螺旋在今天的植物中如此普遍。這個問題一直是科學家爭論的焦點，他們已經(jīng)提出了各種各樣的假設，比如這能最大限度地提高每片葉子接受的光，或這樣能有效地包裹種子。但新的發(fā)現(xiàn)讓科學家意識到，從化石和像石松這類植物中獲得的見解，或許能為找到這一問題的答案提供重要線索。