我想让你的世界在绚烂的斑纹中盛开

  生物, 视觉, 评论
/gkimage/wh/l2/ze/whl2ze.png

显然,自然也喜欢涂涂抹抹,条纹、斑点……我们在各种动物身上发现过模式各异的颜色和花纹分布,这是它们的体态特征,也为它们提供了很多功用,比如说斑马用来保护和伪装,毒蛙用来警示和恐吓、孔雀用来吸引交配,还有比较特殊的非洲棘鳍鱼,对它们来说斑纹甚至起到了防辐射的作用。

英国数学家图灵是最早研究动物斑纹的人之一,1952年,他设想了一个数学模型,通过描述两种化学物质在统一表面扩散,解释彩色图案如何形成。这模型可以用来复制自然界中可见的任何模式,其后科学家们就开始根据他的预言来寻找能够实现老虎斑纹和蝴蝶斑点的化学物质了,希望找到所谓的形态发生素或抑制因子。

/gkimage/wt/uf/pm/wtufpm.png

不过也有人会认为“图灵导致生物学家误入歧途”,因为尽管该模型在数学和物理层面表达正确,但他毕竟是在现代分子遗传学建立之前就完成了他的工作,有很多意想不到的学科知识没有涉及。如威斯康星大学麦迪逊分校的发育和进化生物学家Sean B. Carroll所述,生物学有时候并不那么配合数学,因为它们使用到了更多的模型所需因素。他的团队最近发现了一些分子生物学证据,表明预成模式对于颜色模式的形成有着重要影响。研究在一种叫做Drosophila guttifera的果蝇(见上图)身上展开,它有16个黑点,每个翅膀上各4个灰点,黑点在翅纹交叉处形成,而在纹理之间则有阴影。科学家们发现,每次有新黑点长出来,都出现于新的感觉器官形成的地方,或者就是翅膀的纹理形成了新的交界。检测表明,一种无翼蛋白辅助了这些斑点的长出,而该蛋白在果蝇生长发育过程中还担任着其他一些工作,包括引导果蝇的躯体部位,指导腿和翅膀在哪儿长,并帮助建立消化系统的一部分。据推测,在进化的某个时间点上,D.guttifera 和其他亲缘关系的果蝇种的祖先共同挑选了无翼蛋白系统并创造了颜色模式。

/gkimage/w1/uv/0h/w1uv0h.png

西雅图华盛顿大学的David Parichy一直在研究斑马鱼(见上图)身体和鳍上如何形成五彩条纹。斑马鱼体内存在三种色素细胞:载黑素细胞(含黑色素)、黄色素细胞(含类胡萝卜素和一种叫做蝶啶的物质)和银色的闪光细胞。不同条纹模式是和色素细胞的参与程度直接相关的:深条纹的形成中涉及到载黑素细胞和闪光细胞,只有少量的黄色素细胞参与;而浅条纹的形成则涉及黄色素细胞和闪光细胞,黑色素极少参与。最近的研究揭示了有趣的一点,Parichy和同事发现,延滞从幼鱼到成鱼过程中黄色色素细胞的发展,有可能导致它们的尾巴条纹由横向转为纵向。此外还有一些未知因素在指导着色素的走势,其中较为确认的是basonuclin-2蛋白,没有这种蛋白的鱼无法长出条纹,它就好像一个告诉画布“你必须接受颜料了”的信使那样重要。

在哺乳动物身上,图灵模型是否直接可用还有待检验。有朝一日,色彩模式研究将有助于阐明动物世界里更广泛的问题,比如和行为有关的交配信号或动物的健康状况。相对简单的颜色模式规则至少可以给生物学家一些暗示,帮助他们搞清楚有机体如何改变和调试身体其他部位。

LEAVE A COMMENT

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.