动物身上的斑纹，是怎么来的？

提到牛，人们熟悉的有黑白花的大奶牛、勤劳耕作的老黄牛、毛皮黑漆漆的水牛……为什么有的牛是单一颜色的，而有的牛是黑白花纹的呢？

在自然界中，除了牛，还有很多动物身上有斑点、条纹，比如斑马、金钱豹，甚至是家养的宠物猫、狗，等等，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？能否人为设计制作一些近似于动物斑纹的图案作为动物皮毛的替代品呢？

基因：动物斑纹的“画笔”

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。

不同生物的MC1R基因序列存在差异，这些差异多由突变造成，会引起动物毛色的变化，并能遗传给后代，MC1R基因作为控制毛色的重要候选基因之一，引起了广泛关注，不同领域的科研人员对MC1R基因的结构、功能、作用机理等进行了深入的研究。比如：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。通过对公牛MC1R基因型的检测，就能够筛选出更具有经济价值的个体，保证后代花色的稳定。

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

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。这样写成的非线性反应扩散方程组一般是找不出解的表达式的，但是按图灵的想法我们可以判断常数解的稳定性，并得到在常数解附近线性化方程解的公式。这个公式是一个傅里叶级数，有很多因素会影响此函数，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。

现在已经有很多不同领域的研究学者，通过建立数学模型的方法，利用计算机模拟预测出不同的时空斑图，并找到与自然界斑图形成的一些共同特性。但目前来说，还没有任何一个理论，能够准确预测出某个生物从出生开始到生命结束毛色的变化过程。

要想揭开更多生物毛色的奥秘，还需要生物学家、数学家、物理学家和化学家一起，综合多角度进行分析和研究。

最后来玩个小游戏吧！

根据今天学到的知识，你觉得下面哪种动物更可能长出条纹斑纹？

A. 身体细长的蛇

B. 身体圆滚滚的仓鼠

C. 短腿矮胖的柯基

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责任编辑｜赵青云

运营编辑｜赵青云

质量审核 | 原飞燕 李雅欣

图文来源 | 《知识就是力量》杂志《斑点与条纹的基因密码》，撰文 / 郑涛 韩策，原文有删改，原创作品转载请注明来源。

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