生命的曲線之謎
“螺旋——生命的曲線”,英國著名科學家柯克在研究了螺旋線與生命現象的關係後,曾感慨地說。此言不謬。
假若你是個有心人,你便會發現在生活中,應用螺旋線的例子俯拾皆是。
許多瓶與蓋子的結合,靠的就是螺旋;欲開啟一瓶法國幹紅,你必須借助一件帶有螺旋線的工具;節假日去遊樂場,你會發現你的孩子對高大的盤旋式滑梯很感興趣,而那盤旋的軌跡便是螺旋;槍膛中的膛線、自來水龍頭、鋼筆、手電筒,以及自行車上的螺杆、螺釘、螺母等聯接件和緊固件,也都離不開螺旋。
早在2000多年以前,古希臘數學家阿基米德就對螺旋線進行了研究。公元1638年,著名數學家笛卡爾首先描述了對數螺旋線,並列出了螺旋線的解析式。這種螺旋線有很多特點,其中最突出的一點則是它的形狀,無論你把它放大或縮小都不會改變。就像我們不能把角放大或縮小一樣。
這種螺旋線在自然界中分布廣泛。一隻螞蟻以不變的速度,在一個勻速旋轉的唱片中心沿半徑向外爬行,螞蟻本身就描繪出一條螺旋線;一個停在圓柱表麵上的蜘蛛,要撲食圓柱表麵上的一隻蚊子,它在圓柱表麵上的最佳路徑也是一條螺旋線;蝙蝠從高處下飛,卻是按著另一種空間螺旋線——錐形螺旋線的路徑飛行的。甚至星體的運轉軌跡,有的也是螺旋線。
在對銀河係中部的氣體密度進行為期3年的觀察研究之後,日本國家天文台的中井直政博土認為,銀河係是呈螺旋形的,即星體以圓心呈螺旋狀向外擴展。
倘若你留心,你該知道牽牛花的藤總是向右旋轉著往上爬的。科學上把這種右旋叫做“順時針方向”。車前草的葉片也是螺旋狀排列的,其間夾角為137度、30度、38度,這樣的葉序排列,可以使相同的葉片獲得最大的采光量,得到良好的通風。
其實,植物葉子在莖上的排列,一般都是螺旋狀。此外,向日葵子在盤上的排列也是螺旋方式。
牛角同蝸牛殼一樣,它們增生組織的幾何順序,竟是標準的對數螺旋線。奇怪的是,它們新增生出來的每一部分,都嚴格按照原先已有的對數螺旋結構增生,從不會改變,就像地球固定軌道圍繞太陽旋轉一樣。
人的頭發是從頭發主囊中斜著生長出來的,它循著一定的方向形成旋渦狀,這就是發旋,且有右旋和左旋之別。實際上,發旋是長在體表的毛旋,能使毛發順著一定的方向生長。在野生獸類動物中,發旋(毛旋)具有保護自身和適應環境的作用。它可以使雨水順著一定的方向消掉。就如披上了一層蓑衣,它們排列緊密,可避免有害昆蟲的叮咬。此外,還有良好的保溫作用。人類頭發的這些作用雖然已經退化到微不足道的地步,其形式卻保留了下來。
在自然界中,還有一些微觀的生命螺旋需借助於電子顯微鏡方能看到。像我們平時吃的糖,無論它是用甘蔗汁製成的,還是用甜菜汁做的,它們的分子幾何形狀都是右旋的。近年來,人們合成了左旋糖,說也奇怪,這種糖隻有甜味,卻不產生熱量。這是什麼原因呢?科學家為我們揭開了這一秘密。原來,我們身體裏的代謝酶隻接受存在於自然界的右旋糖。
在人體內,一切氨基酸分子均是左旋,而澱粉分子則是右旋。傳遞生物遺傳信息的脫氧核糖核酸(DNA),它巨大的分子有著盤梯式的雙螺旋形狀,這種螺旋從底部到頂端,一路都呈右旋。獲得諾貝爾醫學生理學獎的沃森,曾繪製出脫氧核糖核酸(DNA)雙螺旋結構的分子模型,成為20世紀以來生物科學最偉大的發現之一。
難道螺旋線同生物的生長有什麼內在的聯係嗎?為什麼自然界中有這麼多螺旋狀的物體?
它們為什麼不能提其他形狀?