螺旋——数学与遗传学

来源:互联网发布时间:2009-10-22

  螺旋是一种迷人的数学对象, 它触及我们生活的许多领域, 诸如遗传的结构, 扩张的模型, 运动的姿态, 等等.可能是自然存在的, 也可能是人造的.

  要了解螺旋, 重要的是要看它的构造.让一组全等的矩形形状的砖, 依纵长的方向连接, 则会形成一个细长的矩形砖柱.如果对一组有一个面倾斜的矩形砖施行同样的过程, 结果砖柱会弯曲并绕成一个圆.但如果将每块矩形砖都在对角方向切一个面, 那么砖柱将绕着它自身形成一个三维的螺旋.去氧核糖核酸DNA——遗传染色体, 就是像这样的两条三维螺旋构成.DNA 有两列磷酸盐醣分子, 它将不对称的分子个体, 像上面讲的修整过的矩形砖那样连接起来.

  螺旋有着不同的类型.直的矩形柱和圆的柱只是螺旋的特殊情况.螺旋可能向顺时针方向扭转 (右旋) 或向逆时针方向扭转 (左旋) .一个右旋的螺旋有如一只螺丝锥一样, 而当它反映在一面镜子中时, 则显示出左旋.螺旋的不同类型的例子可见于我们这个世界的方方面面.像圆形楼梯、电缆、螺丝钉、自动调温器弹簧、螺母、绳索、冰糖藤等等, 它们有的是右旋的, 有的是左旋的.螺旋若是绕着圆锥旋进, 则称为圆锥形螺旋.这种螺旋可见于螺丝钻、弹簧床面、以及纽约博物馆的螺线形的盘道 (由F·L·赖特设计) .

  在自然界也能找到许多螺旋的形式——羚羊、公羊、角鲸和其他有角哺乳动物的角;病毒;一些蜗牛和软体动物的壳;植物的茎、梗 (如豌豆等) 、花、果、叶等结构.

  人类的脐带也是一种三重的螺旋, 它是由一根静脉管和两根动脉管盘绕着留下来的.

  左旋螺旋和右旋螺旋缠绕在一起的现象并不罕见.忍冬 (左旋) 和常春藤 (右旋)

  经常配对生长在一起.在莎士比亚的不朽名著《仲夏夜之梦》里就有一个地方提到它:

  蒂塔利娅皇后对波屯说: `就这样睡吧! 我将把你搂在我的臂上……就像蛇葡萄 (一种普通的常春藤) 和甜忍冬那样总是扭缠在一起.'

  再看看其他领域里出现的螺旋.例如螺旋的通道可以在以下地方发现: 飓风、漩涡、一只松鼠上下树的路线, 以及新墨西哥卡尔巴大洞穴中的墨西哥蝙蝠的飞行线路等等.

  自从螺旋与DNA 分子之间的联系被发现, 在如此众多的领域里呈现出螺旋的现象也就不足为奇了.在自然界中螺旋以它们不同的形式生长着, 这是受它们遗传密码控制的结果.在遗传基因的控制下, 生物能不断地按它们各自的图案, 自然地生长.

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