我們在看電視上的氣象云圖的時候,總能看到巨大的氣團覆蓋在地球上空的圖像。每當有臺風(fēng)的時候,就能看到臺風(fēng)的云圖呈現(xiàn)為一個盤旋的樣子。那么,為什么會出現(xiàn)這種盤旋的圖像呢?我們要從自然界的螺旋現(xiàn)象說起。
我們都見過許多牛、羊的頭上長著一對彎角,這是由附著皮膚的骨錐狀體組成。動物表皮會制造出一種化學(xué)成分類似毛發(fā)的物質(zhì),形成角鞘,不斷生長就形成了角。角上的螺旋線,是在一定規(guī)律支配下生長的結(jié)果。在正常情況下,角底狹窄區(qū)域內(nèi)的組織,不斷分裂生長,角就不斷伸長。如果各邊增長的速度一樣,那么長成的角就會是筆直的;如果角的一邊生長速度比另一邊快,那么角就長彎了,形成螺旋樣的彎角。
再拿頭發(fā)來說,許多黑人都長著一頭自然卷發(fā),而東方黃色人種絕大多數(shù)都長著硬直形毛發(fā)。這種差異的原因就在于兩者分子結(jié)構(gòu)上的差異。黑色人種的角朊蛋白結(jié)構(gòu)呈螺旋形,而黃種人角朊蛋白的結(jié)構(gòu)是直形的。所以,黑人的頭發(fā)就長成了卷發(fā),而我們的頭發(fā)卻是直的。
在動物身上,這樣的例子還有很多。如鸚鵡螺,其外形就是一種巨大的對數(shù)螺線。除了動物,在植物中,也有螺旋結(jié)構(gòu)的存在。許多植物的莖、皮和子實都是按照螺旋規(guī)則排列的。這些規(guī)則在數(shù)學(xué)上極為精確。例如,向日葵的種子都按螺旋形排列,一些呈順時針,一些呈逆時針。
植物學(xué)家發(fā)現(xiàn),在自然界中,這兩種螺旋結(jié)構(gòu)只會以某些“神奇”的組合同時出現(xiàn)。比如,21個順時針、34個逆時針,或34個順時針、55個逆時針。有趣的是,這些數(shù)字排在一起,是一個著名的數(shù)列:斐波納契數(shù)列。該數(shù)列中,前兩個數(shù)為1和1,此后每個數(shù)都是前面兩數(shù)之和。這是為什么呢?有數(shù)學(xué)家證明,斐波納契數(shù)列使花朵頂端的種子數(shù)最多。對于爬藤植物來說,億萬年的進化使它們呈螺旋形生長。按照這樣的方式生長,使得它們在攀爬的同時,盡可能使自己多接觸陽光。
現(xiàn)在我們該說到臺風(fēng)了。一場臺風(fēng)可以橫掃數(shù)百千米,再加上巨大的風(fēng)力,其釋放的能量相當驚人。這可怕的力量一部分來自太陽的熱,后者加劇了熱帶地區(qū)的蒸發(fā)作用,使大量熱能進入大氣層。但是,臺風(fēng)之所以是螺旋形狀,卻是因為地球自轉(zhuǎn)。這在物理上被稱為科里奧利效應(yīng)。這種效應(yīng)把新形成的水汽變?yōu)闉踉?、狂風(fēng)和暴雨組成的強烈旋轉(zhuǎn)的氣候現(xiàn)象。這種效應(yīng)也使赤道以北的低壓系統(tǒng)逆時針自轉(zhuǎn),南半球的情況則正好相反。
在所有的螺旋結(jié)構(gòu)中,最著名的就是DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)。這其中蘊涵著大自然中最神奇的秘密,那就是生命的秘密。當然了,要說最壯觀的螺旋結(jié)構(gòu),當然是星系了。要知道,在宇宙中,包括我們所在的銀河系在內(nèi),絕大多數(shù)星系都是螺旋狀的。
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