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发表于 2012-2-12 09:15 |只看该作者 |倒序浏览
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资源平衡利益的分值只有10分,但一切生命活动都需要资源。无论是生命体的构成,还是生命活动的维持都需要资源。资源是指生命活动所需要的物质、能量、信息、物理空间等东西。生物在任一时期资源获取都有其上下的极限,超过极限则可能导致危险。例如一个生物在一段时间内其能量收益小于能量支出, 生物会消耗体内原有的物质来补充能量,若超过极限则会导致该生物死亡。资源的收入与支出必须平衡。如果在某一段时期内,一个生物体所消耗的资源与其所获取的资源相等,那么我们就说它实现了资源的平衡。假如消耗的资源与获取的资源分别处于天平的两端,实现消耗与收益相等时的位置我们称为平衡点。这样一来,我们可以将一个生物的整个生命过程画出三条线。中间一调是平衡线,平衡线下面的那 条线为下限线,上面则为上限线。生物在特定时间段内所能获得的资源数总是围绕着平衡线在上下限线之内波动,它既不能突破上限,也不能突破下限,否则会给该个体带来危险,甚至会导致死亡。假设从事一般性劳动的成年男性体重为80公斤,他平均每天的热量应该在240±40千卡,那么240千卡热量这就是他的日均热量摄入平衡点。如果日均热量摄入量长期远低于此平衡点(200千卡以下),身体则会逐渐消瘦并最终会饿死;而如果长期原高于此平衡点(280千卡以上),人体则会逐渐肥胖,并给心血管系统带来沉重压力到使人体致病并死亡。
  
   根据利益公式, 在利益支出不变的情况下,收入越多则最后获得的利益最大。 我们先来看看植物是如何实现最佳的能量收益的。植物获得能量的方式主要是通过光合作用将太阳能变成化学能的方式来完成的。光合作用是植物、藻类和某些细菌利用叶绿素,在阳光的照射下将二氧化碳和水转化为有机物的过程。对一般植物而言,叶绿素主要包含在叶绿体中,因而叶绿体是植物进行光合作用的地方。众所周知,阳光的照射对植物而言是平面性的,因此接受阳光照射的面积越大,其获得的太阳能自然也就越多,也就能够将越多的二氧化碳和水变成淀粉并储存起来。那么植物怎样才能获得最多的太阳能呢?首先,要成长在阳光最充足的地方。地球上赤道附近的地区阳光最强烈,因此水源充足的热带地区是地球上植物生长最茂密,植物的种类也是最丰富的。其次,使接受阳光照射的最大表面积。是否能够在阳光最充足的地区生长是植物自身难以控制的,但是植物可以通过自身的生长发育来尽量扩大接受阳光照射的表面积,从而捕获最多的太阳能。为了尽量扩大表面积,植物长出了莖干,茎干向四周抽出了枝条,并且在枝条上长出了茂盛而单薄的叶片。这样就大大增加接受阳光照耀的表面积。这是获取更多太阳能的好方式,但仅仅这样还不够。
  
  现在我们来考虑一下,茎干上的叶片是否越多越好呢?显然不是,因为只有能接受眼光照射的叶片才能获得能量,而叶片并不是透明的,一个树叶如果被另一个叶片遮住了阳光,它就不能将太阳能转化为化学能,这样的叶片就毫无作用可言。叶片生长本身也要耗费能量,如果一片叶片没有机会捕获太阳能或者捕获的太阳能比自身生长所耗费的能量还要少,长出这样的叶片岂不是得不偿失?因此,叶片并不是越多越好,重叠成长的叶片只会浪费资源而不能捕获太阳能。那么叶片要怎样生长才能在付出最低成本的同时获得最多的太阳能呢?让我们来仔细观察周围植物的叶片。植物的叶片都依照一定的顺序排列,被称为叶序。叶序有很多种,最常见的是互生叶序,即在每个节上只生1叶,交互而生。如果任意取一片叶子做为起点,向上用线连接各个叶子的着生点,盘旋而上,直到上方另一片叶子的着生点恰好与起点叶的着生点重合,我们就会发现这是一条螺旋线。从起点叶到终点叶之间的螺旋线绕茎周数,被称为叶序周。不同种植物的叶序周可能不同,叶序之间的叶数也可能不同。例如榆,叶序周为1(即绕茎1周),有2叶;桑,叶序周为1,有3叶;桃,叶序周为2,有5叶;梨,叶序周为3,有8叶;杏,叶序周为5,有13叶;松,叶序周为8,有21叶……若用公式表示(绕茎的周数为分子,叶数为分母),我们依次会得到以下分数:1/2, 1/3, 2/5, 3/8, 5/13, 8/21, ……这些是最常见的叶序公式,据估计大约有90%植物属于这类叶序,而这些数字有一个共同点就是它们全都是由斐波纳契数组成的。斐波那契数列是这样一个数列:1,1,2,3,5,8,13,21,34,55,89,144…… ,这个数列自第三项开始,每一项等于前两项之和。研究发现,斐波纳契数是个神奇的数字,在花,叶、枝条、果实、种子等植物不同部位的形态特征中,都可发现斐波纳契数。植物的花瓣数量也是斐波那契数列中的数字,例如,蝴蝶花,花瓣数为3;金凤花,花瓣数为5;翠雀花,花瓣数为8;金盏,花瓣数为13;紫宛,花瓣数为21;雏菊,花半数为34,55,89。我们知道,植物的枝条、叶子和花瓣都是从茎尖的分生组织依次出芽、分化而来的,花瓣的数量与叶子的排序都符合斐波那契数列也就不足为奇。种子的排列方式中,最广为人知的是向日葵的花盘,其种子排列组成了两组相嵌在一起的螺旋线,一是顺时针方向,一组是逆时针方向。再数数这些螺旋线的数目,虽然不同品种的向日葵会有所不同,但是这两组螺旋线的数目一般是34和55、55和89或89和144,其中前一个数字是顺时针线数,后一个数字是逆时针线数,而每组数字都是斐波纳契数列中相邻的两个数。再看看菠萝、松果上的鳞片排列,虽然不像向日葵花盘那么复杂而引人注目,也存在类似的两组螺旋线,其数目通常是8和13。
  
  为什么植物如此偏爱斐波纳契数?这与黄金分割数有莫大关系。把一条线段分割为两部分,使其中一部分与全长之比等于另一部分与这部分之比。其公式为a/(a+b)=b/a, 通过简单的计算就可以了解,其比值是 (1 + √5) / 2 = 1.6180339887...和(1 - √5) / 2 = - 0.6180339887...注意这两个数的小数部分是完全相同的,而且它的倒数恰好等于它的小数部分。正数解(1.6180339887...)被称为黄金数或黄金比率,很多时候他的倒数0.6180339887...也被称为黄金分割数。 这是一个小数无限且不循环以至无法用分数来表示的无理数,而且是最无理的无理数。在常见的无理数中,自然常数e用19/7, 圆周率π用22/7就能够精确地近似表示出来,而黄金分割数则不可能用分母为个位数的分数做精确的有理近似。
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