動物身上的斑紋，是怎么來的？

提到牛，人們熟悉的有黑白花的大奶牛、勤勞耕作的老黃牛、毛皮黑漆漆的水?！瓰槭裁从械呐Ｊ菃我活伾模械呐Ｊ呛诎谆y的呢？

在自然界中，除了牛，還有很多動物身上有斑點、條紋，比如斑馬、金錢豹，甚至是家養的寵物貓、狗，等等，這些絢麗的皮毛圖案令人著迷。那么這些美麗的動物皮毛圖案是如何形成的？能否人為設計制作一些近似于動物斑紋的圖案作為動物皮毛的替代品呢？

基因：動物斑紋的“畫筆”

研究發現，動物的毛色主要是由黑色素細胞產生的黑色素的種類和分布決定。哺乳動物黑色素細胞能產生兩種不同類型的黑色素，最重要的是呈現黃、紅棕色的褐黑素和呈現黑、棕色的真黑素，褐黑素與真黑素的質量和比例決定了毛發和皮膚的最終顏色的數量比例和分布。而調控毛皮動物毛色的主要候選基因有很多，MC1R基因、Agouti基因、TYR基因等超過100種基因對于動物毛色有影響，其中MC1R基因和Agouti基因是研究較早，并已證實能調控哺乳動物毛色變異的關鍵基因。

不同生物的MC1R基因序列存在差異，這些差異多由突變造成，會引起動物毛色的變化，并能遺傳給后代，MC1R基因作為控制毛色的重要候選基因之一，引起了廣泛關注，不同領域的科研人員對MC1R基因的結構、功能、作用機理等進行了深入的研究。比如：中國荷斯坦奶牛的毛色是其品種的重要特征之一，且與乳、肉等生產性能有直接關系。通過對公牛MC1R基因型的檢測，就能夠篩選出更具有經濟價值的個體，保證后代花色的穩定。

由于基因在決定毛色的過程中，會受到很多因素的影響，比如環境、基因突變、代謝途徑等，都會造成最終毛色的差異。

簡言之，從生命科學的角度來解釋，不同物種的基因有差異，從而產生了毛色的差異。同一物種的不同個體間基因也有差異，造成了個體差異

動物斑紋中的數理化之謎

從數學角度分析，斑圖的反應擴散方程組是定義在一個圓柱體表面，表示色素擴散的數學模型，毛皮面積的形狀和大小以及其擴散波長都有關系。這樣寫成的非線性反應擴散方程組一般是找不出解的表達式的，但是按圖靈的想法我們可以判斷常數解的穩定性，并得到在常數解附近線性化方程解的公式。這個公式是一個傅里葉級數，有很多因素會影響此函數，最重要的因素是身體長度和腰圍的比值，比值越小越傾向于出現斑點型，比值越大越傾向于出現條紋型。所以可以看出自然界中，蛇等細長的動物，出現的多是條紋型斑圖。同一個生物，應使用同樣的反應擴散方程組，所以如果尾巴是斑紋，身體就不太可能出現條紋了。

現在已經有很多不同領域的研究學者，通過建立數學模型的方法，利用計算機模擬預測出不同的時空斑圖，并找到與自然界斑圖形成的一些共同特性。但目前來說，還沒有任何一個理論，能夠準確預測出某個生物從出生開始到生命結束毛色的變化過程。

要想揭開更多生物毛色的奧秘，還需要生物學家、數學家、物理學家和化學家一起，綜合多角度進行分析和研究。

最后來玩個小游戲吧！

根據今天學到的知識，你覺得下面哪種動物更可能長出條紋斑紋？

A. 身體細長的蛇

B. 身體圓滾滾的倉鼠

C. 短腿矮胖的柯基

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責任編輯｜趙青云

運營編輯｜趙青云

質量審核 | 原飛燕 李雅欣

圖文來源 | 《知識就是力量》雜志《斑點與條紋的基因密碼》，撰文 / 鄭濤 韓策，原文有刪改，原創作品轉載請注明來源。

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