pg下载 一朵花背后的数学法则，造就了大自然的奇迹

要是你曾认真瞧过向日葵的花盘，或者雏菊的花瓣，便能发觉一个奇特的规律，向日葵花盘上的小籽，与雏菊的花瓣，并非是随意去排列的，而是顺着一圈圈弯折的螺旋线来生长。更让人惊奇的是，这些螺旋线的数目常常是8条、13条、21条或者34条，这些数字貌似偶然，然实则归属于同一个严谨的数学序列，即斐波那契数列。斐波那契数列，它不仅仅隐匿于花朵之中，又在大自然的各个地方现身，像松果的鳞片，鹦鹉螺的贝壳形态，就连银河系的悬臂以及台风的云带，都呈现出斐波那契数列的形态。

大自然里的斐波那契螺旋，有小雏菊，有大丽花pg下载通道，有星系，还有台风，图片源自learning-mind 。

然而，近来我们这个团队（中国科学院植物研究所）有了全新的发现，斐波那契不但现身于能被我们肉眼看到的宏观世界，还暗地里被写进了微观生物的身体构造当中。在显微镜之下，我们这个团队观察到了一种名为颗石藻（Coccolithophores）的海洋浮游植物，在它进行光合作用的叶绿体光合膜蛋白上同样存在着斐波那契数列，而这一奇妙的设计，居然助力它将光能转化效率提高到了令人惊奇的95%。

颗石藻PSI - FCPI超复合物的封面呈现为（A），而颗石藻光合膜蛋白存在斐波那契螺旋排列情况为（B），此图片的来源是中国科学院植物研究所 。

斐波那契数列背后的数学密码

为什么会这样？因为这种排列方式往往能带来最高的效率。

例举一个事例，一株向日葵要于花盘之上尽可能数量多地排列种子，倘若排列得十分紧密，种子会同彼此相互挤压，要是排列得过于稀疏，又会造成空间的浪费，历经进化，大自然挑选了斐波那契螺旋般的排列方式，使得种子之间的间隔距离最为均匀相等，既不会出现拥挤的状态也不会产生空间的浪费 。

同样的规律，出现在松果的鳞片里，出现在菠萝的外皮上，甚至出现在贝壳的生长曲线中 。我们把按斐波那契规律展开的这种螺旋称作黄金螺旋 。它不但高效，还在视觉上，由一系列按斐波那契数列递增的正方形以及内切圆弧构成，因符合黄金分割比例而显得和谐流畅 。

鹦鹉螺壳和斐波那契螺旋线（图片来源：中国科学院植物研究所）

科学家觉得，这种规律这般普遍的缘由在于，在进化进程里，遵循斐波那契螺旋的生物具备更优地利用光、空气以及生长空间的能力，所以在生存竞争当中更易于胜出。也就是说，斐波那契螺旋是进化所产生的结果。

颗石藻上的微型斐波那契数列

这一成功的进化就在颗石藻中展现的淋漓尽致。

这是一种浮游生物，它在海洋里生存，它的个头极小，单个细胞直径仅几微米，肉眼看不出来。它很特别，能在细胞外以碳酸钙结晶堆积出一片片小鳞片，这些鳞片像拼成一外壳的屋瓦，组成颗石，这种生物由于颗石而得名颗石藻。

颗石藻（图片来源：Pixabay）

别看它们个体微小，然而历史层面的地位却相当紧要。早在白垩纪的时候，颗石藻已然在海洋里大量地繁茂生长，而且凭借光合作用持续地把二氧化碳固定住，与此同时沉积下厚厚的碳酸钙外壳。这些碳酸钙外壳沉淀下来以后便形成了白色的岩层，地质学上把这称作白垩，所以换句话讲，白垩纪实际上就是因颗石藻才得到这个名称的。

今日，颗石藻依旧是全球海洋里数量众多的浮游植物，它是海洋食物链的根基所在，还于全球碳循环里起着不容替代的作用。它一方面开展光合作用来吸收二氧化碳，另一方面将碳固定成为它细胞内的有机物以及碳酸钙外在形式的外壳，最终沉入深海，变成地球上天然的、有“双面性质”的碳存储容器。

在那最新开展的研究里面，我们这个团队运用了冷冻电镜技术去解析颗石藻的一种特殊的光合作用复合体，也就是光系统I，它又被称作Photosystem I，简称PSI。它于光合作用这个过程当中承担着把捕获而来的光能转化成电子能量的任务，靠此为细胞后续进行的二氧化碳固定这一行为提供动力。

有一个光系统I，它处于颗石藻叶绿体膜上约30纳米的微观空间里，并非独自工作，而是被38个捕光天线蛋白围绕，这些蛋白如同一圈天线，持续收集外部光子，还把能量源源不断传进核心。经研究发现，这38个天线分成8条带状簇，呈花瓣状环绕在中心。数字8恰是斐波那契数列中的成员，这种几何排列方式或许正是颗石藻在进化中寻得的最佳方案，。

存在于颗石藻PSI之外的捕光的、呈现天线条带形态的部分，在其中，箭头以标识的方式，清楚地显示出了占据主要地位的、关于能量传递的途径，（而此图片的）来源是参考文献1 。

更让人诧异的是，我们的团队还发觉，这套规模巨大的光合作用装置内部含有819个色素分子，这其中有叶绿素a、叶绿素c以及岩藻黄素等。不同的色素能够吸收不一样波段的光线，这使得颗石藻在海水中也能够有效地捕获蓝绿光和绿光，而这些正是海水中最不容易被彻底削弱的光波段。

研究结果显示，这个超复合体于光能捕获以及能量传递环节pg下载官方版打开即玩v1022.速装上线体验.中国，其量子效率可达95%。也就是说，当100个光子进入该系统后，有95个光子的能量能够顺利传递至反应中心，进而转化为电子。颗石藻的光系统I的这种转化效率水准，远远高于众多陆地植物的同类系统。

颗石藻借助PSI周围呈现斐波那契式几何排列的带状天线，与不同类型的色素分子一同展开协作，从而让颗石藻的PSI具有高达95%的将太阳能转化的效率（图片来源：参考文献1） 。

为何颗石藻具备做到这点的能力呢？我们作出这样的推测，即斐波那契式的几何排列于其中发挥了关键的作用。有8条带状天线簇围绕在核心的周边。这些天线簇如同整齐排列的接力队伍一般。这使得能量在复杂的分子网络里能够快速且有序地实现传递。进而避免了出现混乱以及浪费的情况。于此同时。不同类型的色素分子进行共同协作。这让它们得以利用海水中依旧能够穿透的蓝绿光。借此适应多变的海洋环境。进一步对其中所蕴藏的生物力学以及物理学规律展开研究。有着揭示这一微观世界的“黄金螺旋”奥秘的希望。

从进化角度去看，颗石藻可以从白垩纪开始繁盛，一直延续到如今pg下载，并且在全球碳循环里占据着一个位置，或许正是借助了这套高效的光合作用机器。人类说不定也能够从中获得启示，在未来的能源利用和可持续发展中寻觅新的灵感。