編者按：2023年5月起，“學(xué)習(xí)強(qiáng)國”學(xué)習(xí)平臺與中國科學(xué)報社聯(lián)合發(fā)起“科學(xué)家回信”活動，邀請廣大讀者向自己心中向往尊敬的科學(xué)家、科技工作者提問、留言。活動啟動后，“學(xué)習(xí)強(qiáng)國”“科學(xué)網(wǎng)App”收到了讀者的踴躍留言。我們精選了讀者胡龍全的提問，請中國科學(xué)院成都生物研究所研究員陳有華發(fā)出第八十三期手書回信。

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讀者胡龍全：請問該怎么理解自然界中有許多生物都具有近似數(shù)學(xué)的特征呢？就像向日葵的花序排列是斐波那契數(shù)列一樣，是因為這一些數(shù)學(xué)中的“模型”會更有利于生物的生存嗎？

陳有華：自然界中，許多生物展現(xiàn)出的形態(tài)和結(jié)構(gòu)特征，可以用簡單精妙的數(shù)學(xué)公式進(jìn)行表征，如向日葵小花螺旋形狀按照斐波那契數(shù)列排列。這種極具數(shù)學(xué)規(guī)律性特征的存在，主要源于生物在進(jìn)化過程中對環(huán)境的適應(yīng)和優(yōu)化。在理想情況下，通過遵循數(shù)學(xué)規(guī)律，生物能夠更有效地利用資源，如光能和養(yǎng)分，從而提高生存和繁殖的成功率。

例如，向日葵的花序排列使得其能最大化地接收陽光，促進(jìn)光合作用，這有助于植物的生長和種子的發(fā)育。這種數(shù)學(xué)特征不僅優(yōu)化了生物體的結(jié)構(gòu)，還反映了生物體在進(jìn)化過程中“無意識”或“有意識”地遵循和應(yīng)用了自然法則。

此外，數(shù)學(xué)模型在生物學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛，為理解生命現(xiàn)象提供了有力的工具和方法。它們幫助我們深入理解生物系統(tǒng)的復(fù)雜性和動態(tài)性，預(yù)測生物體的行為趨勢，甚至指導(dǎo)環(huán)境保護(hù)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等實踐活動。通過數(shù)學(xué)模型與計算工具，我們可以更深入地探索生命的奧秘，揭示生物與自然之間的和諧共生關(guān)系。

總之，自然界中許多生物的生長過程和形態(tài)特征等所表現(xiàn)出來的數(shù)學(xué)特征，是其對環(huán)境適應(yīng)和優(yōu)化的結(jié)果。這些特征不僅有助于生物的生存和繁衍，也為我們提供了探索生命本質(zhì)和自然界的鑰匙。