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生命中的“质数现象”
2008-04-24 10:58:04  作者:bbw  来源:韩山师范学院生物科技教育基地   浏览次数:
  •    1634年在美国田纳西地区爆发了一件令人恐怖的事件,大量的蝉仿佛一夜之间从地下冒出,每公顷的密度高达数千万只,的确令人惊恐。

1634年在美国田纳西地区爆发了一件令人恐怖的事件,大量的蝉仿佛一夜之间从地下冒出,每公顷的密度高达数千万只,的确令人惊恐。几星期后蝉又突然销声匿迹,也没有造成大的经济损失。17年后这一现象再次出现直到1991年蝉大量冒出地面的现象一共出现了22次而且周期非常准确为17年.

科学家观察发现蝉卵孵化以后幼虫生活在地下以植物根茎的汁液为食。然后在长达几年的某一特定周期后钻出地面并爬上树干,在此后的短短数天它们完成产卵的使命后就结束一生。有关统计数据表明蝉的生命周期几乎为质数。科学家发现在北美洲北部地区其周期为17年而,在北美洲南部地区为13年。为什么是13年或17年而不是其它数字呢?

达尔文的进化论给以合理的解释这个问题。由于激烈的生存斗争捕食蝉的天敌众多其天敌群的盛衰也存在着周期现象。蝉在进化的过程中选择质数为生命周期可以大大降低与众多天敌在繁盛时期遭遇的几率。比如说如果它的生命周期为12年。则很可能与那些盛衰周期为1年、2年、3年、4年、6年及12年的天敌在繁盛时期遭遇而使种群生存受到威胁。经过长期的自然选择生命周期为合数的种群多数被淘汰,生命周期为质数的种群由于适应环境而生存下来繁衍壮大。这种运用分解质因数的原理解释蝉的生命周期的现象目前还只能是猜想。

德国的马克斯·普朗克协会分子生理学研究所与智利大学的科学家们构建了一个“猎人-猎物”的数学模型。科学家将蝉比做“猎物”,将其天敌比做“猎人”,用数论证明蝉选择质数作为生命周期可以稳定地保持种群数量,科学家解释说他们的模型不仅从顺序推理即考虑自然界各种生物关系的情祝下,按照时空发展的顺序得到了质数生存周期优先出现的结论,而且通过逆向推理即根据自然红见状回溯推算循环初期的状况,也得到了产生质数周期的结论这一工作的贡献是在生物学与数论之间构筑了一座“桥梁”。

在孟德尔提出遗传规律时也曾遭遇到无法解释的困惑。按照他的理论通过简单的数学计算将得出在自然种群中隐性个体会逐渐减少即出现表现型比例一边倒的现象。就在这一理论遭到质疑的时候,数学家哈代等人建立了数学模型对其定律进行修正和论证得到了遗传不会影响基因频率的结论使孟德尔克服了数学计算的困惑。

科学发展时至今日已经出现多学科交叉融合、相互补充的趋势,科学家通过教论计算蝉的“天命”从数学的角度为进化论提供佐证就是这种趋势的反映。

作者:陈行虎文章来源:《中学生物教学》 2003年第6

本文引用地址:/info/1017/1242.htm
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