生命之美：生物形态复杂性与多样性的发育与演化｜周三直播·生命复杂性读书会

导语

为什么蝴蝶翅膀能变幻出五彩斑斓的蓝？斑马的黑白条纹如何形成？蜥蜴身上的离散图案和元胞自动机有怎样的联系？本周三的将由西湖大学生命科学学院发育与演化生物学博士后韦晓慧，介绍生物颜色和图案多态性形成过程的原理，从色素沉积的遗传调控，到图灵反应-扩散系统、元胞自动机、相分离理论等物理机制，希望和大家一起探索生物形态形成背后的普适性规律。

内容简介

此次读书会将系统综述生物颜色和图案多态性的类型及其形成机制，重点解析色素色、结构色及图案形成的主要原理。我们详细介绍生物颜色图案自组织过程的关键机制，并探讨了相关理论模型，包括图灵反应-扩散系统、元胞自动机、相分离理论以及机械力驱动机制，同时梳理了该领域的研究进展，并展望未来的发展方向。我们探讨生物颜色图案形成过程中的生物和物理机制，以及基于“多尺度”系统解析该性状的研究框架，试图揭示背后的普适性规律。并探讨基因与表型之间的非线性关系，深化对生物形态、功能、生物多样性及适应性进化的认知。

内容大纲

• 生物颜色图案多态性总览

• 色素色

• • 遗传结构

• 结构色

• • 自组织类型

  • 相分离原理

• 图案多态性

• • 图灵反应-扩散模式

  • 元胞自动机模式

  • 物理机械力

• 未来研究设想

核心概念

生物颜色图案 Biological color patterns

自组织过程 Self-organizing process

图灵反应-扩散系统 Turing reaction-diffusion system

元胞自动机 Cellular automaton

机械力 Mechanical force

生物多样性 Biodiversity

主讲人

韦晓慧，西湖大学生命科学学院发育与演化生物学专业博士后，博士毕业于厦门大学海洋生物学专业。与世界著名遗传学家、“沃尔夫奖”获得者、中美瑞三国科学院院士 Leif Andersson 教授建立长期合作关系。主要从事生物颜色图案多态性的发育和演化机制研究，前期工作开创性地从遗传、基因调控网络、细胞状态及组织结构等多维度、多层次系统阐释了富含类胡萝卜素的海洋软体动物颜色形成机制，取得了突破性进展。当前的研究重点聚焦于解析果蝇翅斑多样性的形成机制。将致力于试图通过整合遗传学、物理学和计算机科学等多学科交叉方法，系统性研究海洋生物、果蝇、鸟类和蝴蝶等不同物种的颜色图案多态性形成规律，探讨其形成过程中的生物和物理机制，揭示背后的普适性规律，并深入探索生物形态复杂性和多样性（“生命之美”）的发育和演化奥秘。

时间：2025年3月26日（本周三）晚19:00-21:00

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详情请见：

参考文献

1. Orteu A, Jiggins C D. The genomics of coloration provides insights into adaptive evolution[J]. Nature Reviews Genetics, 2020, 21(8): 461-475.

2. Price-Waldman R, Stoddard M C. Avian coloration genetics: recent advances and emerging questions[J]. Journal of Heredity, 2021, 112(5): 395-416.

3. Burg S L, Parnell A J. Self-assembling structural colour in nature[J]. Journal of Physics: Condensed Matter, 2018, 30(41): 413001.

4. Dufresne E R, Noh H, Saranathan V, et al. Self-assembly of amorphous biophotonic nanostructures by phase separation[J]. Soft Matter, 2009, 5(9): 1792-1795.

5. Milinkovitch M C, Jahanbakhsh E, Zakany S. The unreasonable effectiveness of reaction diffusion in vertebrate skin color patterning[J]. Annual Review of Cell and Developmental Biology, 2023, 39(1): 145-174.

6. Milinkovitch M C, Manukyan L, Debry A, et al. Crocodile head scales are not developmental units but emerge from physical cracking[J]. Science, 2013, 339(6115): 78-81.

7. Santos-Durán G N, Cooper R L, Jahanbakhsh E, et al. Self-organized patterning of crocodile head scales by compressive folding[J]. Nature, 2025, 637(8045): 375-383.

生命复杂性读书会：

生命复杂系统的构成原理

在生物学中心法则的起点，基因作为生命复杂系统的遗传信息载体，在生命周期内稳定存在；而位于中心法则末端的蛋白质，其组织构成和时空变化的复杂性呈指数式增长。随着分子生物学数十年来的突飞猛进，尤其是生命组学（基因组学、转录组学、蛋白质组学和代谢组学等的集合）等领域的日新月异，当代生命科学临近爆发的边缘。如此海量的数据如何帮助我们揭示宇宙中最复杂的物质系统——“人体”的构成原理和设计原理？阐释人类发育、衰老和重大疾病的发生机制？

集智俱乐部联合西湖大学理学院及交叉科学中心讲席教授汤雷翰，国家蛋白质科学中心（北京）副研究员常乘、李杨，香港浸会大学助理教授唐乾元，北京大学前沿交叉学科研究院研究员林一瀚，中国科学院分子细胞科学卓越创新中心博士后唐诗婕，共同发起，从微观细胞尺度、介观组织器官尺度到宏观人体尺度，梳理生命科学领域中的重要问题及重要数据，由生物学家提问，希望促进统计物理、机器学习方法研究者和生命科学研究者之间的深度交流，建立跨学科合作关系，激发新的研究思路和合作项目。读书会目前共进行10期，现在报名参与读书会可以加入读书会社群，观看视频回放，解锁完整读书会权限。

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