4亿年前，自然界中的斐波那契螺旋并不常见！

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如果你仔细观察过植物叶片的排列，就会发现，植物世界包含了丰富的模式。在大量现存的植物物种中，普遍存在一种独特的螺旋状叶片排列方式，这类螺旋被称为斐波那契螺旋，它们是按照斐波那契序列排列而成的。

长期以来，科学家都认为，斐波那契螺旋是植物的一种古老而高度保守的特征，可以追溯到植物进化的最早阶段。然而，一项新发表于《科学》杂志的研究推翻了这一观点。

斐波那契螺旋存在于大量现存植物中。从左到右：智利南洋杉、松果、雏菊。（图/Sandy Hetherington via The conversation）

一个古生物学家团队在观察了一种可追溯到4.07亿年前的植物化石的叶片螺旋和生殖结构后，他们惊讶地发现，这种在当今的自然界中常见的独特的螺旋状叶片排列方式，在最初生长在地表的最古老的陆地植物中并不常见。

斐波那契螺旋

螺旋存在于自然界的许多植物中，它们是植物组织的主要模式，顺时针和逆时针方向的都有，我们用肉眼就可以识别。在大多数情况下，这些螺旋与斐波那契序列有关。

在斐波那契序列中，后一个数字是前两个数字相加之和，也就是0，1，1，2，3，5，8，13等等。

现在，如果你拿起一个松果，从它的底部，你会看到木质鳞片形成的向上的螺旋。数数上面的顺时针和逆时针螺旋的数量，你会发现，几乎在所有情况下，螺旋的数量都是斐波那契序列中的整数。

用相同的颜色显示了松果上的8个顺时针和13个逆时针螺旋。8和13都是斐波那契序列中的连续数字。（图/Sandy Hetherington via conversation）

这样的情况并不是特例。在2015年的一项研究中，有科学家对6000个松果进行了研究中，发现97%的松果都具有斐波那契螺旋。

一颗典型花菜的螺旋模式，包含5个顺时针螺旋和8个逆时针螺旋，在图中以不同颜色框出。（图/Etienne Farcot via The Conversation）

斐波那契螺旋不仅存在于松果中，也在其他植物器官中，比如在一颗典型的花菜上，通常会看到5个顺时针螺旋和8个逆时针螺旋（或者5个逆时针螺旋和8个顺时针螺旋）。

智利南洋杉，它的叶子从顶端开始呈螺旋状逐渐绕茎旋转排列。（图/Wikipedia）

其实，在1992年的一项研究中，有科学家对650多种植物的12,000个螺旋进行了分析，并发现90%以上都存在斐波那契螺旋。斐波那契螺旋在现存植物物种中出现的频率如此之高，使得科学家一直认为，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

在一项新的研究中，一组研究人员利用早期的植物化石，对这一理论进行了验证。

他们研究了已知的第一批长有叶子的植物的叶子排列和生殖结构，这些植物属于石松纲。具体的研究对象是一种已灭绝的被称为星木（Asteroxylon mackiei）的植物的化石。

对星木的3D重建。（图/Matt Humpage, Northern Rogue Studios）

研究人员拍摄了这些化石切片的图像，然后使用数字重建技术，以3D的形式对星木叶片的排列进行了可视化，并量化了其中的螺旋数量。

他们意外地发现，古老的星木有着很不一样的叶片排列，其最常见的排列都是非斐波那契螺旋的。在如此早期的化石中发现这么多非斐波那契螺旋令研究人员非常震惊，因为这样的螺旋在今天现存的植物物种中非常罕见。

独特的进化史

这些发现改变了科学家对出现在陆生植物中的斐波那契螺旋的认识，推翻了所有叶类植物都是按照斐波那契模式开始生长叶子的观点。

这项研究还表明，石松植物的叶片进化和斐波那契螺旋的进化历史与其他现存的植物（如蕨类植物、针叶树和开花植物）不同。这意味着斐波那契螺旋在植物进化过程中多次单独出现。

此外，这项工作还为一个进化问题带来了新的见解，即为什么斐波那契螺旋在今天的植物中如此普遍。这个问题一直是科学家争论的焦点，他们已经提出了各种各样的假设，比如这能最大限度地提高每片叶子接受的光，或这样能有效地包裹种子。但新的发现让科学家意识到，从化石和像石松这类植物中获得的见解，或许能为找到这一问题的答案提供重要线索。

参考来源：

https://theconversation.com/how-a-400-million-year-old-fossil-changes-our-understanding-of-mathematical-patterns-in-nature-

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adg4014#con4

封面图&首图：Matt Humpage, Northern Rogue Studios