生物世界螺旋知多少

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  生物世界中,呈现很多螺旋现象。
  螺蛳、田螺、钉螺(图1)等软体动物的外壳的纹理,就是从顶部向下向右旋转(顺时针方向)。你只要从顶部竖直向下看,就可看到它的纹理曲线,是由顶部围绕一个轴向下往右旋转至底口部。如果投影在平面上,则可得如图2所示的螺旋形。
  蜗牛的外壳也具有螺旋形。当蜗牛在叶上缓慢爬行时,如果从水平方向正对壳顶观察,就可明显看出它的纹理曲线,也是由顶部围绕一个轴向右旋转至壳口部而呈现螺旋形(见图3)。
  螺蛳、蜗牛等的螺旋形外壳,是它们生活栖息的保护壳。当外界环境对它刺激时,它立即把身体严密封在壳中;当外界环境适宜,它马上开口出来活动。
  兽类动物如牛、羊的头部常长有毛旋。这些毛沿着右旋方向(顺时针方向)或左旋方向(逆时针方向)形成旋涡状。兽类毛旋长在体表顺着一定的方向生长,体表上的长毛排列紧密,犹如披上了一件蓑衣一般。这样就具有保护自身和适应环境的作用。它可使雨水顺着一定的方向淌掉,可避免有害昆虫的叮咬。除此,还具有良好的保温作用。
  


  


  蜘蛛常生长在草丛、竹林、屋檐、墙角间。它架设的“空中罗网”,也常呈现螺旋形。蜘蛛是怎样架设这张“罗网”呢?当蜘蛛肚末端“纺器”流出的丝,架成辐支状的“天索”后,便沿中心点向左(或向右)旋转放丝(图4左),最后结成螺旋形的网(图4右)。当飞虫碰上这张罗网时,便被粘着,成为蜘蛛的美食。
  攀缘植物如牵牛花(图5)、金银花、菟丝花、鸡血藤茎,总是缠绕在依附物(如支架)而向上生长。它们各自缠绕的方向有左旋和右旋之分。缠绕紧密时,也可看成是螺旋形。这些植物茎螺旋式缠绕,能使其茎(藤)延长到光照充足的地方,起到充分利用热量生长的作用。
  攀缘植物中如黄瓜、丝瓜、葫芦等茎上常长上卷须也呈螺旋形,这些卷须像弹簧一样,它们既能牢固地卷附在依附物上,又因有伸缩性在外力(风力)作用时不致拉断,保证茎叶顺利生长。
  植物的叶序排列也常呈现螺旋形状。如车前草的叶片呈螺线状排列,其间夹角为137°;烟草的轮状叶序也常形成螺旋形的面。这样的螺旋形结构,能在狭小的空间中(其它植物夹缝中)获得最大的光面积,利于光合作用。有些植物的果实,如向日葵在盘上的籽实排列(图6)、松球果鳞的布局、菠萝上的分块等都呈螺旋形式。这样的排列、布局、分块,果实长得最紧最多,因而产生后代的概率也最高。
  有些生物体的特殊运动所产生的轨迹也是螺旋形。一只蚂蚁以不变的速度,在一个均匀旋转的唱片中心沿半径向外爬行,结果蚂蚁本身就描绘出一条螺旋形。又如蝙蝠从高处往下飞,也是按另一种空间螺旋线——锥形螺旋线的路径飞行的。
  


  


  螺旋形是自然界普遍的物质运动的形式,螺旋结构普遍存在,大到宇宙中的螺旋星系(图7)以及地球海洋上空的台风(图8),小到DNA分子(尺度小到纳米数量级)螺旋结构 (图9)等。
  螺旋形被广泛应用于生活的各个方面,机械上的螺杆、螺帽、螺钉和日常用品的螺丝扣等,均呈螺旋形,枪膛中的膛线也是螺旋形。就连一些楼梯也是螺旋状的,被称为“世界七大奇观”之一的意大利比萨斜塔的楼梯,便是294阶的螺旋梯。在美国加州一建筑设计院的设计师还向车前草借鉴了采光原理,设计了一幢13层的螺旋状排列的大楼,结果证明,每个房间都能得到充足的阳光。
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