神秘的螺旋现象

来源:科普中国

2019-04-22 14:16:00

生活中,人们随处可以看见各种螺旋曲线,例如饮料瓶的螺纹瓶口、驱蚊用的蚊香等。自然界中无论是动物或植物,它们的形貌外观、生活习性、生长倾向等方面都与螺旋曲线息息相关,有科学家称之为“生命曲线”。


有人总结了7种“生命曲线”:阿基米德螺旋线、对数螺旋线、双曲线螺旋线、抛物线螺旋线、羊角螺旋线、圆柱螺旋线和锥形螺旋线。


 


其中圆柱螺旋线最为简单,例如牵牛花和菟丝子的生长倾向都属于这种螺旋线,但前者是沿着逆时针方向右旋向上生长,而后者是沿着顺时针方向左旋向上攀援。而造成两者生长差异的主要原因是遗传学和力学。地球上的物种不仅会受到地心引力的影响,同时也会受到地球自转产生的偏向作用力的影响,这种效应被称为科氏效应,而对应的偏向力又被称为科氏力。在科氏效应的影响下,生长在北半球的菟丝子朝着顺时针方向发展。但是同在北半球的牵牛花为何恰恰相反呢?这需要追溯到其祖辈的遗传基因。牵牛花原生长在南半球,在科氏力作用下呈现逆时针方向右旋向上生长倾向,这种基因存在较强的稳定性从而被遗传至今,这也导致牵牛花的生长性状没有因地域迁移而发生变化。


有些植物的性别也可以通过螺纹曲线来辨别。比如柳树和月桂树等植物的叶序旋转方向是有规律的,阴性植物的叶子由左向右排列,而阳性植物的叶子由右向左排列。对于一些针状叶植物来说,它们的螺旋特性并不是叶子在茎上的排列方式,而在于叶子本身的旋转方向。比如具有成对而生特性的松树叶,每一对松针的螺旋方向均呈现一致性。


螺旋曲线在动物界中的表现形式更加复杂多样。例如牛角、山羊角和蜗牛壳上都存在对数螺旋线。据科学研究证明,这些动物身上的螺纹是新旧结构逐渐承接的产物。新螺纹在旧螺纹的基础上通过衍生物持续增生,具有连续性,从小到大,逐渐产生了对数螺旋形貌。且新螺纹的第一部分严格按照原有的对数螺旋性增生,例如蜗牛壳腔中的生命体在长大的同时,蜗牛壳也按照相同的比例生长。


不仅仅是地球上的生物,银河系的天体运动中也藏有螺旋现象。银河系就是一个超大型螺旋结构,其中心是最密集的恒星聚集处,称为“银核”;而在银核周围沿着同一个方向旋转的星体环绕区域,称为“银盘”。银核的自转带动着银盘的旋转,这种螺旋形运动由内向外延伸,构成了银河系壮观的景象。


无论是宏观的头发生长方向,还是微观的DNA结构,都是螺旋曲线呈现的一种生命轨迹。它以各种各样的形式存在于宇宙万物当中,不断阐述着生命的魅力。


责任编辑:迟嘉钰



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