【生命科學人物誌】
野地的百合為何如此美?——自然科學的數學家亨瑞契

作者:張文亮


對於喜歡研究植物的自然科學家來說,中東的巴勒斯坦是最迷人的地方之一。巴勒斯坦有高山、低谷、河流、沙漠、大湖、曠野,環境的多變使這塊介於歐、亞、非大陸之間的地區,單是盛開花朵的植物,就有3,500種以上。許多品種後來被移植、推廣到世界的許多地方。
 
花朵的比喻

在這麼多種花朵中,聖經多次提到「百合花」。百合花的高度約30-120公分,花形像喇叭,花瓣有六片,花朵很大,非常醒目。巴勒斯坦的百合花,有的顏色鮮紅,大都長在平地,例如聖經提到「他的嘴唇像百合花。」(雅歌五13)。有的顏色雪白,長在炎熱卻有陰影的山谷,長期被人視為「聖潔」的象徵。西方古典繪畫裡,白色的百合花經常出現在聖徒的旁邊。
聖經中上帝曾將自己比喻為「谷中的百合花」(the lily of the valley)(雅歌二1)。這可能是上帝留給走在生命幽谷之人的應許。
這是多麼有意思的比喻,為什麼跟隨上帝的路上會有幽谷呢?走平順的通路不是更好嗎?當我們愈認識上帝的創造,就愈明白山谷是世界上最美麗的地方。而且許多一流的登山勇士,都是經過大小山谷訓練出來的。基督徒的一生是加入上帝的學校,走過人生的低谷,似乎是上帝學校的必修課之一。不過走累了,上帝會鼓舞我們繼續向前。
耶穌說:「你想野地裡的百合花,怎麼長起來,它也不勞苦,也不紡線,然而我告訴們,就是所羅門極榮華的時候,他所穿戴的,還不如這花一朵呢。」(太六28-29)。百合花的美,是上帝妝扮的;所羅門王的富有,是人為添加的,在上帝的眼光中,後者不如前者。
 
第一個研究百合花之美的人

近代的科學家對百合花有更多研究,甚至在1869年,就有一位著名的科學家發表論文:〈野地的百合花〉,這人就是亨瑞契(Gustarvis Hinrichs, 1836-1923)。亨瑞契在科學界非常有名。在化學上,他是第一個提出用「化學原子量來排元素週期表」的人;在物理上,他是提出「用晶格結構去區分礦物」的先河;農學上,他曾以氣象預測來告訴農夫種植作物。更有趣的是,他的這一篇研究報告,一開始就引用聖經寫道: 「看啊,所羅門最榮耀的時候,他的榮耀還比不上這朵小花」。接著,用數學去證明百合花的美。
亨瑞契是德國人,學生時代就擅長數學,後來用數學分析物理、化學與生物的問題,這成為他的專長。1860年,他在丹麥的哥本哈根大學物理系取得博士,當時德國在鐵血宰相俾斯麥的領導下,正將德國諸邦整合成一個強大的國家,而且四處打仗。亨瑞契厭惡祖國成為好戰強國,深感在強權之下,百姓只有完全服從領導人的思考方式,完全沒有自己思考的空間。
 
將自然科學引入農業區

1861年,他前往美國,沒想到美國打起南北戰爭,不久聽說一所剛成立的大學在徵聘教師。
早在1847年,美國東部的平原上有幾個拓荒者,感謝上帝賜給他們豐收玉米的一年。他們圍在橡樹下禱告:「願主賜給我們智慧,給我們最好的教育──使孩子們成為對眾人有幫助的人。」
他們每人捐出美金5元,準備在這裡成立一所大學。以後持續捐款,1855年終於通過申請,沒想到當年物價上漲,經費不足無法蓋校舍,只好暫時關閉。直到1862年,在州政府的資助下,大學才得以開辦。
亨瑞契成為這所大學的第一位老師。他一上任就大刀闊斧地將第一棟教室的一樓,通通建為物理與化學實驗室。他的口號是:「學生在實驗室裡學一天,勝過抱著課本唸七天。」從此,這所在一片農田中的大學,成為美國科學教育的名校,迄今仍為許多學生所嚮往──愛荷華州立大學(The State University of Iowa)。
他特別注重科學教育,自己也發表了許多傑出的研究報告。例如,1864年,他提出化學元素之間有一道隱藏的關係,他用元素的原子量可以排出一個週期表,他稱這是「八音部的旋律」(octuple rhythm)。1868年,他以數學分析礦物結晶形狀,並且成立愛荷華州第一間地質調查局,兼任局長;1875年,他以數學分析氣象變化,又成立愛荷華州第一所氣象局,他又身兼局長,這也是美國第一所氣象局。
 
高等教育的思維

亨瑞契對近代大學教育也有深遠的影響。他知道愛荷華州立大學是一群基督徒出錢成立的,且來自於向上帝的一個禱告。有鑑於德國成立時追求一致性,以致產生國王與宰相統御全民的想法。他認為要培育美國菁英的一代,大學必須有多樣化的文化與想法,讓學生在多元文化中學習判斷、學習辯論思索,並據理力爭。
他提出一個口號:「合作但不妥協」,他延攬非基督徒、猶太人、無神論者作教授,1878年更聘女性教育家蘇羅(Phoebe Sudlow)為文學系教授。蘇羅是美國第一位女性教授,薪水與新任的男教授相同。他提出在一個真正有信仰的地方,就應接納不同信仰的人,或與沒有信仰的人相處。而這相處、共事,不代表自己對信仰的妥協,反而是信心的挑戰。他寫道:「我們很容易用傳統慣性思考,以致淪為僵化的思維。智慧是來自思考的更新,不斷接受新思維的挑戰。」
 
大自然美的法則

他研究眾人熟悉的百合花,以數學分析它的花瓣是在正六角形的對角線上,並呈現60°的夾角。而這角度與雪花的結構,礦物裡結晶體的排列相似,他甚至稱雪花是「空中的百合花」(lily of the sky)。他寫道:「隱藏的法則,明明寫在百合花的造型上,百合花的美使人接近,愈看愈美……大自然的確有個悅人眼目的法則,即使在微小之處,仍有數不盡的豐富。」
在這一篇研究之上,後來有更多有關百合花的研究。例如百合花中含有一種化學成份,對於老人失智症可能有醫治的功效。此外,每一朵百合花中約有1000顆種子,百合花要傳粉授精必須依賴昆蟲、蜜蜂前來,光是吸引昆蟲前來,百合花就有許多非常有趣的機制。
首先,百合花會保持自身的溫度約為35℃,與採蜜昆蟲的體溫一致,這樣,昆蟲在花朵中採蜜時,才不會感到特別冷或特別熱。百合花的花瓣能反射紫外光,從遠處就能吸引昆蟲前來,昆蟲所看到的花,比人看到的更美。
 
花的蜜與香味

百合花的花粉,有蜜腺吸引昆蟲前來採蜜,花粉就藉此黏在昆蟲身上。昆蟲到下一朵百合花採蜜時,花粉落在雌蕊上就能授粉結實。百合花的蜜吸引昆蟲前來,蜜不久就會自動水化掉,昆蟲吸不到蜜,就飛到下一朵,百合花又再分泌蜜。利用這個機制使不同隻的昆蟲一直前來,免得一隻昆蟲吸太多的蜜,反而減少不同花朵傳粉的功效。
不同種的百合花所散發出來的香味,都稍有不同,因為不同種的昆蟲受吸引的香味並不一樣,沒有一種百合花會放出吸引所有昆蟲的香味,也沒有一種百合花放出來的香味,完全吸引不到任何一種昆蟲。
 
信心的交託

百合花上午剛開花的時候,花朵向下垂,讓帶著花粉的雄蕊儘量向前伸,使昆蟲容易看到;但是到了下午,昆蟲不採蜜的時候,花朵轉而朝上,使沾在柱頭上的花粉,順勢沿著花柱,進入子房,增加結實的機會。
何等的奇妙,一朵百合花竟然有這麼複雜的機制,使百合花的種子一代一代的傳下去,而且傳到世界各處去。因此,耶穌說:「你們這小信的人哪!野地裡的草今天還在,明天就丟在爐裡,神還給它這樣的妝飾,何況你們呢!所以,不要憂慮說,吃甚麼?喝甚麼?穿甚麼?這都是外邦人所求的,你們需用的這一切東西,你們的天父是知道的。你們要先求祂的國和祂的義,這些東西都要加給你們了。所以,不要為明天憂慮,因為明天自有明天的憂慮;一天的難處一天當就夠了。」(馬太福音六30-34)。
 
資料來源
1. King E.A., 1941. Bible Plants for American Gardens. Dover Publications, Inc., U.S.A.
2. Grieve, M., 1992. A Modern Herbal. Dorset Press. U.S.A.
3. Rodale, J.I. (Editor). 1973. The Encyclopedia of Organic Gardening. Rodale Books. U.S.A.
4. Hinrichs, G. 1869. The lilies of the fields, of the rocks, and of the clouds. The American Naturalist, Vol.3 p.299-306
5. Zapffe, C. A. 1969. Gustavns Hinrichs, Precursor of Mendeleev. Isis. Vol 60. p.461-476.