撰文 / 郑涛 韩策
本文来自《知识就是力量》杂志
在自然界中，有很多动物身上有斑点、条纹，这些绚丽的皮毛图案令人着迷。那么这些美丽的动物皮毛图案是如何形成的？
基因是斑图的画笔
黑色素形成及黑色素细胞的移动
动物各种不同的花纹与色素的分布有关，这是漫长的进化结果。动物的斑图花纹有隐藏、迷惑的作用。
动物的毛色主要由黑色素细胞产生的黑色素种类和分布决定
中国荷斯坦奶牛的毛色是其品种的重要特征之一，且与乳、肉等生产性能有直接关系
研究发现，动物的毛色主要是由黑色素细胞产生的黑色素的种类和分布决定。哺乳动物黑色素细胞能产生两种不同类型的黑色素，最重要的是呈现黄、红棕色的褐黑素和呈现黑、棕色的真黑素，褐黑素与真黑素的质量和比例决定了毛发和皮肤的最终颜色的数量比例和分布。
而调控毛皮动物毛色的主要候选基因有很多，MC1R基因、Agouti基因、TYR基因等超过100种基因对于动物毛色有影响，其中MC1R基因和Agouti基因是研究较早，并已证实能调控哺乳动物毛色变异的关键基因。
由于基因在决定毛色的过程中，会受到很多因素的影响，比如环境、基因突变、代谢途径等，都会造成最终毛色的差异。
简言之，从生命科学的角度来解释，不同物种的基因有差异，从而产生了毛色的差异。同一物种的不同个体间基因也有差异，造成了个体差异。
动物斑纹中的数理化之谜
如果我们追溯与毛色相关的色素起源，都是与胚胎发育时期的神经嵴相关。神经嵴是一种具有高度迁移能力的多功能细胞群。在动物胚胎发育的过程中，神经嵴细胞从神经板迁移到表皮和真皮，之后分化为黑色素细胞的前体，最终分化为黑色素细胞。
DNA双螺旋结构模型示意图
早在DNA双螺旋结构模型发现的前一年，也就是1952 年，英国科学家图灵发表了论文，提出用反应扩散方程组作为生物形态的基本化学反应模型，描述了不同的化学物质在一起反应、扩散到表面的情况。 这一理论说明了生物在生长历程中包括细胞分裂、分化过程中的物理化学过程，也说明了为什么生物在生长历程中形态各异。
从数学角度分析，斑图的反应扩散方程组是定义在一个圆柱体表面，表示色素扩散的数学模型，毛皮面积的形状和大小以及其扩散波长都有关系。最重要的因素是身体长度和腰围的比值，比值越小越倾向于出现斑点型，比值越大越倾向于出现条纹型。所以可以看出自然界中，蛇等细长的动物，出现的多是条纹型斑图。同一个生物，应使用同样的反应扩散方程组，所以如果尾巴是斑纹，身体就不太可能出现条纹了。
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