螺旋之謎

自然界有很多不解之謎，你我都能列舉出一大堆。不過(guò)你是否注意過(guò)，我們身邊就存在著一個(gè)最常見(jiàn)而又讓人困惑的謎一一螺旋。

螺旋結(jié)構(gòu)是自然界最普遍的一種形狀，小到肉眼看不見(jiàn)的DNA

，大到直徑上百公里的龍卷風(fēng)，

都是這種構(gòu)造。為何大自然對(duì)這種結(jié)構(gòu)如此偏愛(ài)呢？

DNA:最著名的螺旋結(jié)構(gòu)

1953年4月，科學(xué)家克里克和沃森在英國(guó)《自然》公布了他們的最新研究成果——DNA模型。這個(gè)模型呈雙螺旋結(jié)構(gòu)，也就是人體每個(gè)細(xì)胞內(nèi)部復(fù)雜的遺傳分子，這些分子中的代碼包含了建造、控制、維持生命機(jī)體所需的一切信息。

說(shuō)得具體一點(diǎn)，DNA分子是一種螺旋狀的階梯結(jié)構(gòu)——階梯的“欄桿”由碳水化合物和磷酸鹽構(gòu)成；臺(tái)階則由腺嘌呤、胸腺嘧啶、烏嘌呤、胞嘧啶（簡(jiǎn)稱(chēng)A、T、G、C）四種基本的化合物結(jié)對(duì)而成，而且A永遠(yuǎn)與T相配，G永遠(yuǎn)與C相配。

科學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，這種搭配方式能夠使DNA修-正關(guān)鍵遺傳信息中的缺陷：如果附著在DNA-條單鏈上的四種化合物之一有缺損，檢查另一條單鏈上與之配對(duì)的化合物，就可以將缺損化合物識(shí)別出來(lái)。于是，細(xì)胞會(huì)復(fù)制出一個(gè)新的化合物，從而減少了畸形的發(fā)生。

可以這么說(shuō)，DNA中包含著人類(lèi)進(jìn)化的密碼，可是為啥呈雙結(jié)構(gòu)呢？而且這種結(jié)構(gòu)看起來(lái)是如此完美。科學(xué)家至今仍然苦苦研究，希望找到一個(gè)合理的答案。

神奇：動(dòng)植物身上的螺旋

在動(dòng)植物身上，都能發(fā)現(xiàn)奇特的螺旋現(xiàn)象。拿動(dòng)物來(lái)說(shuō)吧，蝸牛

、海螺的殼都是典型的螺旋結(jié)構(gòu)。許多植物的螺旋結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，松果

和菠蘿的莖、

皮都顯示了奇特的螺旋規(guī)則，在數(shù)學(xué)上極為精確。

香蕉的種子則按螺旋形排列，一些呈順時(shí)針，一些呈逆時(shí)針。植物學(xué)家發(fā)現(xiàn)，這兩種螺旋結(jié)構(gòu)只會(huì)以某些“神奇”的組合同時(shí)出現(xiàn)。比如，21個(gè)順時(shí)針，34個(gè)逆時(shí)針；或34個(gè)順時(shí)針、55個(gè)逆時(shí)針。有趣的是，這些數(shù)字屬于一個(gè)特定的數(shù)字列一一斐波納契數(shù)列，即1、2、3、5、8、13. 21、34……每個(gè)數(shù)都是前面兩個(gè)數(shù)之和。

植物怎么能“知道”這個(gè)深?yuàn)W的序列呢？目前還沒(méi)有一個(gè)正確的解釋。

讓人不解的是，許多爬藤植物竟然是按螺旋狀向上攀爬生長(zhǎng)的。

這些植物是怎樣喜歡上這種幾何曲線的呢？對(duì)于爬攀植物來(lái)說(shuō)，億萬(wàn)年的進(jìn)化使其呈螺旋形生長(zhǎng)：它們?cè)谧プ∑渌Y(jié)構(gòu)的同時(shí)盡可能使自己多接觸陽(yáng)光。對(duì)于菊石來(lái)說(shuō)，它們的外層生長(zhǎng)得十分緩慢，這使它們?cè)诒P(pán)曲的同時(shí)，穩(wěn)步增大中心與邊緣的距離。

給力：阿基米德螺旋泵

大約在2 300年以前，古希臘著名數(shù)學(xué)家阿基米德就發(fā)現(xiàn)了螺旋的能量和魔力，他認(rèn)為，螺旋不僅能夠幫助解決一些數(shù)學(xué)難題，而且具有實(shí)用性。

有次阿基米德和同學(xué)外出，看見(jiàn)農(nóng)民們正吃力地拎著水桶，從河邊爬上高處的田地進(jìn)行灌溉，不禁深深地產(chǎn)生了同情：“這樣拎水的效率太低了，澆一塊田不知要拎多少桶！”同學(xué)不以為然地說(shuō)：“祖祖輩輩，人們都是這樣做的，你有什么好辦法呢？”

回去后，阿基米德的眼前總是閃現(xiàn)出農(nóng)民拎水時(shí)的樣子，“可不可以讓水往高處流呢？”阿基米德開(kāi)始思考這一問(wèn)題。漸漸地，他的腦海中產(chǎn)生了一個(gè)設(shè)想：“做一個(gè)大螺旋，把它放在一個(gè)圓筒里，這樣螺旋轉(zhuǎn)起來(lái)后，水不就可以沿著螺旋溝被帶到高處了嗎？”阿基米德畫(huà)出了一張草圖，然后讓木匠師傅根據(jù)草圖做出了一個(gè)用于帶水的“怪玩意兒”。阿基米德將這個(gè)東西搬到河邊，把它的一頭放進(jìn)河水里，然后輕輕地?fù)u動(dòng)手柄，“咕嚕?！币魂図懧暫螅铀畯墓謻|西的頂端不斷地噴涌出來(lái)，水果然從低處往高處流了。

前來(lái)圍觀的農(nóng)民都被這神奇的東西迷住了，紛紛贊嘆阿基米德的聰明才智。不久，這種螺旋水泵在尼羅河流域得到廣泛應(yīng)用，人們把它稱(chēng)為阿基米德螺旋泵。直到現(xiàn)在，一些工廠仍然使用這種泵來(lái)運(yùn)送流質(zhì)和粒狀物體。

除了水泵之外，螺旋在今天有了更多的用途，包括鉆頭、螺栓、彈簧、螺絲釘?shù)?，甚至在家中隨處可見(jiàn)的瓶口和瓶蓋子。你只要留心—下，就會(huì)發(fā)現(xiàn)許多工具和材料都運(yùn)用了螺旋原理。

壯觀：科里奧利效應(yīng)

地球上最壯觀的螺旋，當(dāng)然要算颶風(fēng)了，可這也是最讓人討厭的螺旋。颶風(fēng)的螺旋形狀可以蔓延數(shù)百公里，再加上200多公里的時(shí)速，最大毀滅力相當(dāng)于10萬(wàn)顆原子彈。

颶風(fēng)為啥如此可怕？科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，颶風(fēng)的一部分能量來(lái)自太陽(yáng)，后者加劇了熱帶地區(qū)的蒸發(fā)作用，使大量熱能進(jìn)入大氣層。但是，颶風(fēng)的螺旋形狀卻來(lái)自科里奧利效應(yīng)：地球的自轉(zhuǎn)力，往往使所有物體朝同一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)。在熱帶地區(qū)，距赤道越遠(yuǎn)，科里奧利效應(yīng)越強(qiáng)。這種效應(yīng)把新形成的颶風(fēng)變?yōu)闉踉?、狂風(fēng)和暴雨組成的濃密螺旋。

在較為溫和的天氣現(xiàn)象中，同樣可以看到科里奧利現(xiàn)象形成的螺旋力。這種力使赤道以北的低壓系統(tǒng)逆時(shí)針自轉(zhuǎn)，南半球的情況則正好相反。人們通常都認(rèn)為，就連抽水馬桶的漩渦也是相似原因形成的。

對(duì)于飛行員來(lái)說(shuō)，考慮到科里奧利效應(yīng)很有必要：如果一架客機(jī)按直線從歐洲飛往美洲，可能降落在距離目的地以北二三千公里之外的地方，也就是說(shuō)，飛機(jī)差不多要落在北極圈內(nèi)了。為了避免出現(xiàn)這種狀況，飛行員在駕駛飛機(jī)時(shí)，要按照能夠補(bǔ)償?shù)厍蜃赞D(zhuǎn)效應(yīng)的螺旋形路線前進(jìn)。

一級(jí)方程賽車(chē)手們也懂得利用螺旋形的好處。

在激烈的賽場(chǎng)上，選手們按照弧形路線前進(jìn)，因?yàn)榛【€使他們能夠在盡量少減速的情況下通過(guò)彎道。這樣，他們就能夠加大進(jìn)入和駛出的速度，提高比賽成績(jī)。

迷惑：看不懂的螺旋

雖然科學(xué)家做了大量的研究工作，但是螺旋結(jié)構(gòu)仍然蘊(yùn)藏著許多秘密。擺在我們眼前的例子就是：我們手指和腳趾上那些熟悉的螺旋形紋路是怎樣形成的？與單一形式的DNA“指紋”不同，真正的指紋千差萬(wàn)別，就算是同卯雙胞胎也彼此不同。然而，是什么決定了指紋的形狀？這一形狀能夠預(yù)測(cè)嗎?

從宇宙的范圍看，天文學(xué)家們希望弄清楚為什么80%的星系都是螺旋形。顯然，無(wú)所不在的引力起到了關(guān)鍵的作用，但到底它是怎樣把燦爛的星系雕刻成美妙螺旋的呢？這仍舊是個(gè)謎。

螺旋，你很美，可是你也很難懂。