如果你仔細(xì)觀察過(guò)植物葉片的排列，就會(huì)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(dú)特的螺旋狀葉片排列方式，這類(lèi)螺旋被稱(chēng)為斐波那契螺旋，它們是按照斐波那契序列排列而成的。

長(zhǎng)期以來(lái)，科學(xué)家都認(rèn)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(jìn)化的最早階段。然而，一項(xiàng)新發(fā)表于《科學(xué)》雜志的研究推翻了這一觀點(diǎn)。

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(gè)古生物學(xué)家團(tuán)隊(duì)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(dāng)今的自然界中常見(jiàn)的獨(dú)特的螺旋狀葉片排列方式，在最初生長(zhǎng)在地表的最古老的陸地植物中并不常見(jiàn)。

  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(shí)針和逆時(shí)針方向的都有，我們用肉眼就可以識(shí)別。在大多數(shù)情況下，這些螺旋與斐波那契序列有關(guān)。

在斐波那契序列中，后一個(gè)數(shù)字是前兩個(gè)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(gè)松果，從它的底部，你會(huì)看到木質(zhì)鱗片形成的向上的螺旋。數(shù)數(shù)上面的順時(shí)針和逆時(shí)針螺旋的數(shù)量，你會(huì)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(gè)順時(shí)針和13個(gè)逆時(shí)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(xiàng)研究中，有科學(xué)家對(duì)6000個(gè)松果進(jìn)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(gè)順時(shí)針螺旋和8個(gè)逆時(shí)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(huì)看到5個(gè)順時(shí)針螺旋和8個(gè)逆時(shí)針螺旋（或者5個(gè)逆時(shí)針螺旋和8個(gè)順時(shí)針螺旋）。

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

其實(shí)，在1992年的一項(xiàng)研究中，有科學(xué)家對(duì)650多種植物的12,000個(gè)螺旋進(jìn)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(xué)家一直認(rèn)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(xiàng)新的研究中，一組研究人員利用早期的植物化石，對(duì)這一理論進(jìn)行了驗(yàn)證。

他們研究了已知的第一批長(zhǎng)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(duì)象是一種已滅絕的被稱(chēng)為星木（Asteroxylon mackiei）的植物的化石。

對(duì)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(shù)，以3D的形式對(duì)星木葉片的排列進(jìn)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(jiàn)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?yàn)檫@樣的螺旋在今天現(xiàn)存的植物物種中非常罕見(jiàn)。

  獨(dú)特的進(jìn)化史  

這些發(fā)現(xiàn)改變了科學(xué)家對(duì)出現(xiàn)在陸生植物中的斐波那契螺旋的認(rèn)識(shí)，推翻了所有葉類(lèi)植物都是按照斐波那契模式開(kāi)始生長(zhǎng)葉子的觀點(diǎn)。

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

此外，這項(xiàng)工作還為一個(gè)進(jìn)化問(wèn)題帶來(lái)了新的見(jiàn)解，即為什么斐波那契螺旋在今天的植物中如此普遍。這個(gè)問(wèn)題一直是科學(xué)家爭(zhēng)論的焦點(diǎn)，他們已經(jīng)提出了各種各樣的假設(shè)，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(xué)家意識(shí)到，從化石和像石松這類(lèi)植物中獲得的見(jiàn)解，或許能為找到這一問(wèn)題的答案提供重要線索。