植物王国的奥秘

□叶 莉

植物王国的奥秘

□叶 莉

著名数学家笛卡尔通过对茉莉花瓣和叶片轮廓曲线的研究，列出了X3=Y3-3axy=0的方程式，这就是现代数学中有名的“笛卡尔叶线”。睡莲叶子的形状，就是一个较为复杂的高次方程。读了这篇文章，你还会知道很多很多。

说来有趣，在人类居住的地球上，从热带到寒带，从岛屿到高山，从海洋到沙漠，到处都有植物的踪迹。在这浩瀚深邃的绿色世界里，蕴藏着许多数理奥秘。

科学家经过研究发现，千姿百态的叶片和万紫千红的花朵，其外形轮廓和空间排列都有一定的数学规律。

著名数学家笛卡尔通过对茉莉花瓣和叶片轮廓曲线的研究，列出了X3=Y3-3axy=0的方程式，这就是现代数学中有名的“笛卡尔叶线”，也称“茉莉花瓣曲线”。其他一些植物的叶片的形状也可以用一定的书写公式来描述，例如睡莲叶子的形状，就是一个较为复杂的高次方程。

向日葵花盘上的瘦果排列，松树球果上的果鳞分布，都是按照对数螺旋线的弧形排列，这样可以使果实排列得最紧密，容纳的数量最多，从而也就保证后代的繁殖率最高。

车前草的叶片排列十分巧妙，呈螺旋排列，既不相互重叠，又能最大限度地获得阳光，结果就大大提高了光合作用效率，合成出更多的有机物。建筑师们根据这一原理，设计建造了现代化的螺旋式高楼，每个房间都能达到最佳采光效果。

植物的外部形态也非常符合几何原理。比如，树干大都是基部粗、上部细、呈圆锥形，尤其是高山上的云杉，整个树形都是圆锥形。这是一种抗倒伏的理想几何形状，可以抵御狂风暴雨的袭击。古代的塔和现代的电视塔，都是模仿云杉的形态建造的，即使遇到12级台风，也可岿然不动。由于日本是个多地震的国家，日本建筑师仿照云杉形态，设计建造了一幢43层的高楼。该楼有极好的抗震能力，强地震时即使楼顶的摆动幅度达到70厘米，仍可安然无恙。

大自然赋予植物茎叶的巧妙结构，则是力学家的好“老师”。植物的茎大多为圆柱状，其原因是以圆柱形作支撑物最为坚固。因此，古今中外的大型建筑物、大多数也都采用圆柱作顶梁柱，这是建筑师们向植物茎秆学习的结果。

小麦茎秆的坚固程度更是令人吃惊。它虽然细而中空，却能牢固地支撑着沉甸甸的麦穗。根据力学原理，中空的茎与同样粗度的实心茎相比，两者的持撑能力是相等的。小麦茎秆的这种中空结构，以耗费最少的材料面获得了最大的坚固性。现在人们使用的中空电线杆，正是仿照小麦茎秆制作的。

至于植物叶片的巧妙结构，首先要说的是玉莲的叶片，它又圆又大，直径可达2米左右，浮在水面上好像两个大碧玉盘，可以负载六七十千克的重物，即使上面坐一位五六岁的儿童也不会破裂或下沉。玉莲的叶片如此牢固，主要是因为其结构非常符合力学原理。在叶片的背面有粗大的叶脉，呈多次二歧分叉，构成了坚固的“骨架”，叶脉之间又布满了纵横交错的镰刀形小叶脉，这样就使叶片非常牢固。英国建筑师约瑟在玉莲叶片结构的启示下，设计建造了一座结构轻巧、顶棚跨度极大的展览大厅，整个建筑明亮而雄伟。

再说说椰树、蒲葵、油棕等植物叶片的“之”字折扇状结构，由于这种结构具有较大的张应力，可以承受外界给予的较大压力，所以不易被狂风暴雨撕裂和折断。工程师们受到这种叶片结构的启迪，设计制造出了波形板、瓦楞纸板等新颖坚固的建筑材料。

还有多数禾本科植物的叶片都较长，它往往卷成了筒状，以增加其坚固性来抵御暴风雨的袭击。桥梁工程师们受到这种叶片的启迪，设计建造了轻便、牢固的“筒形叶桥”。