雖然人類設(shè)計(jì)建筑與馬路時(shí)均偏好于筆直的線條,，但大自然的選擇對此并不贊同，而更傾向于螺旋狀的卷曲結(jié)構(gòu),。小到?jīng)Q定生命形態(tài)的DNA結(jié)構(gòu),，乃至關(guān)乎我們后天性狀美丑的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)及我們賴以生存的食物的主要組分淀粉，無一例外是螺旋結(jié)構(gòu),。欲了解是什么決定了這樣的自然選擇及這種結(jié)構(gòu)的益處,，讓我們走近螺旋。  

　　生物大分子螺旋

　　生物大分子DNA,、蛋白質(zhì),、淀粉、纖維素的結(jié)構(gòu)中都存在著螺旋結(jié)構(gòu),。我們所熟知的遺傳物質(zhì)DNA是雙螺旋結(jié)構(gòu),，它包含著人體的遺傳信息。在受精卵中父系與母系的各一條鏈相結(jié)合,，就誕生了綜合二者信息的新的生命,。DNA最重要的結(jié)構(gòu)是雙螺旋結(jié)構(gòu)，但也可以形成其他結(jié)構(gòu),當(dāng)雙螺旋體的一部分解開時(shí),，其中一條DNA鏈可以折疊回去,，形成了三螺旋或其他結(jié)構(gòu),。

　　與DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)相比，蛋白質(zhì)中的螺旋是由氨基酸經(jīng)脫水組成的單鏈螺旋,，蛋白質(zhì)末端運(yùn)動(dòng)自由度較大,，可以組成三圈螺旋，三圈螺旋還可以轉(zhuǎn)變成折疊形狀,。從這種意義上講,，折疊是螺旋的一種特殊形式。

　　人體中的蛋白質(zhì)就是螺旋與折疊結(jié)構(gòu)復(fù)合而成的復(fù)雜結(jié)構(gòu),。比如,，人體中重要的蛋白質(zhì)——膠原蛋白就是由三條肽鏈擰成“草繩狀”三股螺旋結(jié)構(gòu)，其中每條肽鏈自身也是螺旋結(jié)構(gòu),。人體中有16%左右是蛋白質(zhì),，膠原蛋白占體內(nèi)蛋白質(zhì)總量的30%～40%，主要存在于皮膚肌肉,、骨骼,、牙齒、內(nèi)臟與眼睛等處,。

　　除遺傳物質(zhì)與蛋白質(zhì)外,，我們的主要食物淀粉的結(jié)構(gòu)和所穿衣物(棉)中的主要成分棉纖維，也多是螺旋結(jié)構(gòu),。

　　螺旋生物體

　　不僅生物大分子采取了螺旋的構(gòu)型,，而且有時(shí)整個(gè)生物體的形狀或生物體的組成部分也可以是螺旋體。我們熟悉的螺旋藻就是這樣的一種生物,，其得名就是由于其形體在顯微鏡下觀察時(shí)呈螺旋狀的緣故,。螺旋藻是地球上最早出現(xiàn)的光合生物，研究表明,，螺旋藻是所有已被發(fā)現(xiàn)的生物中營養(yǎng)成分最豐富,，最全面，最均衡的海洋生物,。它的細(xì)胞壁是由多糖類物質(zhì)構(gòu)成,，極易被人體消化吸收，吸收率可達(dá)95%以上,。此外,，螺旋藻還富含胡蘿卜素，亞麻酸和亞油酸等活性物質(zhì),，有清除血脂,、疏通血管和保持血管彈性的作用，對防治心,、腦血管疾病很有益處,。螺旋藻是人類的朋友,，而下面的另一種螺旋狀的生命體就不能算是人類的朋友。

　　寄居在胃里的幽門螺旋桿菌,，也是因其呈桿狀,、螺旋形而得名。胃液對許多細(xì)菌具有強(qiáng)烈的殺傷力,，但對幽門螺旋桿菌卻奈何不得,。幽門螺旋桿菌埋藏在胃壁表面的黏膜下方，能夠分泌一種物質(zhì)來中和周圍環(huán)境中的強(qiáng)酸,，這是其過人之處,。幽門螺旋桿菌很愛挑釁我們的免疫系統(tǒng)，往往激怒免疫系統(tǒng)發(fā)動(dòng)初步的無情攻擊,，導(dǎo)致發(fā)炎反應(yīng)。因此感染幽門螺旋桿菌的人,，會(huì)出現(xiàn)沒有癥狀的胃炎(也就是胃粘膜發(fā)炎),。人進(jìn)入中年之后，會(huì)很容易得這些病,，這都是幽門螺旋桿菌的禍害所致,。

　　除上述生物體本身呈螺旋狀外，而有些生物卻借助螺旋形狀實(shí)現(xiàn)它們獨(dú)特的功能,。水黽就是利用其腿部特殊的微納米螺旋結(jié)構(gòu)效應(yīng)在水面上行動(dòng)自如,，即使在狂風(fēng)暴雨和急速流動(dòng)的水流中也不會(huì)沉沒而下沉。原來,，這些取向的微米剛毛和螺旋狀納米溝槽的縫隙內(nèi)可以有效吸附空氣,，在其表面形成一層穩(wěn)定的氣膜，阻礙了水滴的浸潤,，從而表現(xiàn)出水黽腿的超疏水(即不浸水)特性,。對其腿的力學(xué)測量表明：僅僅一條腿在水面的最大支持力就達(dá)到了其身體總重量的15倍。

　　生命為何愛螺旋,？

　　由上述得知,，大自然幾乎到處都存在螺旋。螺旋結(jié)構(gòu)是自然界最普遍的一種形狀,，許多在生物細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)的微型結(jié)構(gòu)都采用了這種構(gòu)造,。那么，為何大自然對這種結(jié)構(gòu)如此偏愛呢,？在近期的《科學(xué)》雜志報(bào)道了這一現(xiàn)象的數(shù)學(xué)解釋,。

　　美國賓州大學(xué)的蘭德爾·卡緬教授指出，從本質(zhì)上來看,，在擁擠的細(xì)胞(例如一個(gè)細(xì)胞里的DNA)中,，非常長的分子聚成螺旋結(jié)構(gòu)是一個(gè)較佳的方式,。在細(xì)胞稠密而擁擠的環(huán)境中，長分子鏈經(jīng)常采用規(guī)則的螺旋狀構(gòu)造,。這一構(gòu)造有兩點(diǎn)好處：可以讓信息緊密地結(jié)合其中,；還能夠形成一個(gè)表面，允許其他微粒在一定的間隔處與它相結(jié)合,。例如,，DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)允許進(jìn)行DNA轉(zhuǎn)錄和修復(fù)。

　　卡緬教授通過一個(gè)模型說明了這個(gè)問題：把一個(gè)能隨意變形,、但不會(huì)斷裂的管子浸入由硬的球體組成的混合物中,，管子就像是一個(gè)存在于十分擁擠的細(xì)胞空間中的一個(gè)分子。觀察發(fā)現(xiàn)對于短小易變形的管子而言,，U形結(jié)構(gòu)的形成所需的能量最小,，空間也最少。而它的U形結(jié)構(gòu),，在幾何學(xué)上與螺旋結(jié)構(gòu)最為近似,。

　　卡緬指出：“看來，分子中的螺旋結(jié)構(gòu)是自然界能夠最佳地使用手中材料的一個(gè)例子,。DNA由于受到細(xì)胞內(nèi)的空間局限而采用雙螺旋結(jié)構(gòu),，就像是由于公寓空間局限而采用螺旋梯的設(shè)計(jì)一樣。”這是生物大分子采取螺旋結(jié)構(gòu)的合理的數(shù)學(xué)解釋,。然而為何生物體也以螺旋結(jié)構(gòu)的形狀存在的原因仍不清楚,，還有待進(jìn)一步的研究。