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植物夹角的探索
金子的自然笔记
金维哲+沈虹+温州市蒲鞋市小学六（2）班
我发现一个非常有趣的事情，无论木本还是多年生的植物亦或多肉植物，叶片总是在茎干上的呈螺旋式向上排列。有趣的是，无论是哪种的排列顺序，叶片与叶片之间都存在一定的夹角，没有两张叶子是重叠生长在一起的。这是为什么呢？也许是卡莉附体的力量驱使吧，我决定当一回达尔文男孩。
我随机在家剪取了8种植物，依次为茉莉、鲁冰花、非洲凌霄、小丽花、杜鹃、矮牵牛、月季、蓝莓。之后，我进一步发现这8种植物的叶片与叶片都是没有叠生在一起的，接着，我使用测量器对这些叶片进行了测量。
见表一
通过测量，我确定了8种植物叶片的夹角最小品种是茉莉132°，夹角最大的品种是蓝莓145°，8种植物夹角平均值是137.5°。
这8组植物我测量叶片与叶片的夹角，如果我去测量叶片与主干的夹角呢？否也是存在137.5°现象呢？植物为何存在这种有趣的137.5°现象呢？为何不是60°、90°或者120°呢，而偏偏是137.5°呢？一串的问号，像泡泡一样充斥在我的脑海中。
于是，我选取了发财树和茶梅这两种植物继续做研究。通过量角器的测量，发现这两种植物叶片与主干的夹角几乎都是在135-140°之间。
发财树
1
茶梅
2
如果植物叶片与主干的夹角是60°、90°、120°又是一种什么现象呢？这样的问号使得我瞬间大脑兴奋，一扫疲倦。
我重新剪取了几片发财树的叶子，在白纸上画一条粗的线段当做发财树的主干，在主干上随机粘贴了一片叶子。然后用量角器量出60°角，贴上第二张叶片。此时我发现2张叶片大部分面积都重合在一起的。然后我量取了90°的位置，贴上第三片叶子。由于植物叶片是直立螺旋式向上生长的，我在量取90°时往上排列，当我在90°这个位置贴上叶片后发现，此时的叶片也是有重合的，叶片之间的重合度占叶片总面积约1/2。当我在120°这个位置贴上叶片后发现叶片与叶片之间几乎是没有重合的。
上面几个小实验，说明一个科学现象，当植物叶片与主干的夹角越大，两片叶子之间的重叠面越小，反之重叠面越大。当夹角越大时，叶片的采光率会越高，通风性能越好。但是为何又是137.5°这么有趣的现象呢？
我用网络寻找到了答案，原来叶片与叶片的夹角137.5°是圆的黄金分割比例，威尼斯帕乔里就把这种黄金分割比称之为“神”赐的比例。这种分割比也是采光面积最大的排列方式。而且植物的茎又是呈圆柱体，植物的叶沿着茎呈螺旋片式排列，也是提高茎的支撑能力。
早在17世纪法国笛卡尔曾经就研究过植物中的夹角。通过计算，他研究出了花瓣和植物曲线特征，准确形象地揭示了植物所包含的植物的夹角规律性。
1979年，英国科学家沃格尔用同样大小的圆点代表向日葵花盘中的种子，根据斐波那契数列的规则，尽可能紧密地将这些圆点挤压在一起，他用计算机模拟向日葵的结果显示，若发散角小于137.5度，那么花盘上就会出现间隙，且只能看到一组螺旋线；若发散角大于137.5度，那么花盘上也会出现间隙，而此时又会看到另一组螺旋线，只有当发散角等于黄金角时，花盘上才呈现彼此紧密镶合的两组螺旋线。所以，向日葵只有选择这种数学模式，花盘上种子的分布才最为有效，产量也最高。
通过这次实验，我们看到了绿色世界里的科学奇观。小小植物，利用这种排列规律，可在最小面积内获取最大的能量。
我想可能在几万亿年之前，植物的茎真的有其他图形的，植物的叶子也有重叠生长的，但是为了生存，植物总是朝着对环境足有适应性的方面发展，所谓物竞天择，适者生存。就像达尔文生物进化学说，植物在自己漫长的生命运动中，不断经受大自然的考验、选择和淘汰，才逐渐形成了适应生活环境的最佳形态。
大千世界，万物以自己的样貌独立存在，又彼此依存，形成了多元世界。我与大自然的沟通，先是好奇驱使，继而让科学探索代替了好奇之眼。卡莉的经历或许是我所没有的，但她的精神，却一直存在于如我这般的少年心中。爱自然，读自然，是为了有一天能懂得自然，与自然和谐相处，让自己也能成长于自然之间——这是我与卡莉们共同的心愿。
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编辑：寒冰
素材来源：百班千人
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文章转载自微信公众号：百班千人
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