科学家发现，玫瑰花瓣形状源于一种自然界前所未见的几何机制。

玫瑰花瓣那一圈圈外翻的边缘和锋利的尖角，原来藏着一个数学上的小伎俩。物理学家发现，这种花瓣的生长方式利用了一种前所未见的几何反馈机制，通过巧妙的“形变控制”塑造出了花瓣的独特形态。

研究人员结合理论分析、计算机模拟，以及对橡胶塑料薄片的实验，最终揭示出玫瑰花瓣在向外弯曲的过程中，会产生机械反馈，这种反馈会调节其生长节奏，从而形成卷曲边缘和角状尖端。

这项研究发表于5月1日的《Science》，未来可能为工程与建筑设计带来灵感。“我们也许能从自然中学到新的结构原理，然后将它们应用到人造建筑中，”耶路撒冷希伯来大学的实验物理学家Eran Sharon这样说。

在自然界中，几何图案常常参与生命体的发育过程。但以往所有已知的例子，涉及的都是“内在几何”——也就是从物体表面内部出发定义点与点之间的距离，就像蚂蚁沿着纸面爬行测量距离一样。即便把纸张折弯成圆筒，蚂蚁感受到的行程长度其实并没有变，这种几何称为“内在的”，而纸张在三维空间中的折弯形状，则属于“外在几何”。

如果试图将一个本来有内在曲率的表面强行摊平，就必须拉伸它，这会在表面内部产生张力。对于正在生长的组织来说，这些张力常常和其他生物力学因素“打架”。比如，一个本该弯曲的组织，在因为叶子太厚、或者不同层之间朝着相反方向弯曲时，这种曲率就会受到限制。这类张力上的冲突在自然界很常见，经常导致组织变得更硬，或形成复杂的结构。

Sharon 和他的同事发现，玫瑰花瓣的形状依赖的是另一种截然不同的“冲突”：它不再是内在几何之间的矛盾，而是外在几何之间的不兼容。这是他们第一次在自然系统中发现这种结构原则。“这个发现非常令人惊喜，”他的合作者、理论物理学家Michael Moshe 说。

他们发现，玫瑰花瓣“希望”保持像一张平纸那样的内在几何形态，但与此同时，它也倾向于在三维空间中弯曲成圆筒状。问题是，花瓣边缘无法变成一个完整的圆筒，于是它分裂成多个弯曲段，每段之间出现了尖角。Sharon 解释说：“整个结构会裂解成圆筒形的片段，这些圆筒在交界处形成尖角。”

随着花瓣不断向外生长，每一个尖角附近的力开始将原本圆润的边缘，拉出一个一个分明的角度。

这种生长方式是否对玫瑰有实际作用，目前还不确定。但也许它能帮花吸引更多传粉者、更有效地聚集露水，甚至增强整体的结构稳定性。来自香港城市大学的机械工程师Lishuai Jin 提出了这些可能的推测。

你觉得植物的这种“结构智慧”还能用在什么地方呢？

本文译自 nature，由 BALI 编辑发布。