生物世界中,呈現(xiàn)很多螺旋現(xiàn)象。
螺螄、田螺、釘螺(圖1)等軟體動物的外殼的紋理,就是從頂部向下向右旋轉(順時針方向)。你只要從頂部豎直向下看,就可看到它的紋理曲線,是由頂部圍繞一個軸向下往右旋轉至底口部。如果投影在平面上,則可得如圖2所示的螺旋形。
蝸牛的外殼也具有螺旋形。當蝸牛在葉上緩慢爬行時,如果從水平方向正對殼頂觀察,就可明顯看出它的紋理曲線,也是由頂部圍繞一個軸向右旋轉至殼口部而呈現(xiàn)螺旋形(見圖3)。
螺螄、蝸牛等的螺旋形外殼,是它們生活棲息的保護殼。當外界環(huán)境對它刺激時,它立即把身體嚴密封在殼中;當外界環(huán)境適宜,它馬上開口出來活動。
獸類動物如牛、羊的頭部常長有毛旋。這些毛沿著右旋方向(順時針方向)或左旋方向(逆時針方向)形成旋渦狀。獸類毛旋長在體表順著一定的方向生長,體表上的長毛排列緊密,猶如披上了一件蓑衣一般。這樣就具有保護自身和適應環(huán)境的作用。它可使雨水順著一定的方向淌掉,可避免有害昆蟲的叮咬。除此,還具有良好的保溫作用。
蜘蛛常生長在草叢、竹林、屋檐、墻角間。它架設的“空中羅網(wǎng)”,也常呈現(xiàn)螺旋形。蜘蛛是怎樣架設這張“羅網(wǎng)”呢?當蜘蛛肚末端“紡器”流出的絲,架成輻支狀的“天索”后,便沿中心點向左(或向右)旋轉放絲(圖4左),最后結成螺旋形的網(wǎng)(圖4右)。當飛蟲碰上這張羅網(wǎng)時,便被粘著,成為蜘蛛的美食。
攀緣植物如牽牛花(圖5)、金銀花、菟絲花、雞血藤莖,總是纏繞在依附物(如支架)而向上生長。它們各自纏繞的方向有左旋和右旋之分。纏繞緊密時,也可看成是螺旋形。這些植物莖螺旋式纏繞,能使其莖(藤)延長到光照充足的地方,起到充分利用熱量生長的作用。
攀緣植物中如黃瓜、絲瓜、葫蘆等莖上常長上卷須也呈螺旋形,這些卷須像彈簧一樣,它們既能牢固地卷附在依附物上,又因有伸縮性在外力(風力)作用時不致拉斷,保證莖葉順利生長。
植物的葉序排列也常呈現(xiàn)螺旋形狀。如車前草的葉片呈螺線狀排列,其間夾角為137°;煙草的輪狀葉序也常形成螺旋形的面。這樣的螺旋形結構,能在狹小的空間中(其它植物夾縫中)獲得最大的光面積,利于光合作用。有些植物的果實,如向日葵在盤上的籽實排列(圖6)、松球果鱗的布局、菠蘿上的分塊等都呈螺旋形式。這樣的排列、布局、分塊,果實長得最緊最多,因而產(chǎn)生后代的概率也最高。
有些生物體的特殊運動所產(chǎn)生的軌跡也是螺旋形。一只螞蟻以不變的速度,在一個均勻旋轉的唱片中心沿半徑向外爬行,結果螞蟻本身就描繪出一條螺旋形。又如蝙蝠從高處往下飛,也是按另一種空間螺旋線——錐形螺旋線的路徑飛行的。
螺旋形是自然界普遍的物質(zhì)運動的形式,螺旋結構普遍存在,大到宇宙中的螺旋星系(圖7)以及地球海洋上空的臺風(圖8),小到DNA分子(尺度小到納米數(shù)量級)螺旋結構 (圖9)等。
螺旋形被廣泛應用于生活的各個方面,機械上的螺桿、螺帽、螺釘和日常用品的螺絲扣等,均呈螺旋形,槍膛中的膛線也是螺旋形。就連一些樓梯也是螺旋狀的,被稱為“世界七大奇觀”之一的意大利比薩斜塔的樓梯,便是294階的螺旋梯。在美國加州一建筑設計院的設計師還向車前草借鑒了采光原理,設計了一幢13層的螺旋狀排列的大樓,結果證明,每個房間都能得到充足的陽光。