提到牛，人們熟悉的有黑白花的大奶牛、勤勞耕作的老黃牛、毛皮黑漆漆的水牛……為什么有的牛是單一顏色的，而有的牛是黑白花紋的呢？

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(yǎng)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(shè)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(fā)現(xiàn)，動物的毛色主要是由黑色素細(xì)胞產(chǎn)生的黑色素的種類和分布決定。哺乳動物黑色素細(xì)胞能產(chǎn)生兩種不同類型的黑色素，最重要的是呈現(xiàn)黃、紅棕色的褐黑素和呈現(xiàn)黑、棕色的真黑素，褐黑素與真黑素的質(zhì)量和比例決定了毛發(fā)和皮膚的最終顏色的數(shù)量比例和分布。而調(diào)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?qū)τ趧游锩杏绊?，其中MC1R基因和Agouti基因是研究較早，并已證實能調(diào)控哺乳動物毛色變異的關(guān)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(guān)注，不同領(lǐng)域的科研人員對MC1R基因的結(jié)構(gòu)、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(chǎn)性能有直接關(guān)系。通過對公牛MC1R基因型的檢測，就能夠篩選出更具有經(jīng)濟價值的個體，保證后代花色的穩(wěn)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(huán)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(xué)的角度來解釋，不同物種的基因有差異，從而產(chǎn)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(shù)理化之謎

從數(shù)學(xué)角度分析，斑圖的反應(yīng)擴散方程組是定義在一個圓柱體表面，表示色素擴散的數(shù)學(xué)模型，毛皮面積的形狀和大小以及其擴散波長都有關(guān)系。這樣寫成的非線性反應(yīng)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(shù)解的穩(wěn)定性，并得到在常數(shù)解附近線性化方程解的公式。這個公式是一個傅里葉級數(shù)，有很多因素會影響此函數(shù)，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(xiàn)斑點型，比值越大越傾向于出現(xiàn)條紋型。所以可以看出自然界中，蛇等細(xì)長的動物，出現(xiàn)的多是條紋型斑圖。同一個生物，應(yīng)使用同樣的反應(yīng)擴散方程組，所以如果尾巴是斑紋，身體就不太可能出現(xiàn)條紋了。

現(xiàn)在已經(jīng)有很多不同領(lǐng)域的研究學(xué)者，通過建立數(shù)學(xué)模型的方法，利用計算機模擬預(yù)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(zhǔn)確預(yù)測出某個生物從出生開始到生命結(jié)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(xué)家、數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家和化學(xué)家一起，綜合多角度進行分析和研究。

最后來玩?zhèn)€小游戲吧！

根據(jù)今天學(xué)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(xì)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(zé)任編輯｜趙青云

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質(zhì)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(chuàng)作品轉(zhuǎn)載請注明來源。

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