动物的斑点和条纹是如何形成的？图灵机制提供了线索

本文最初发表在 Knowable Magazine。

时尚设计师之所以从动物的印花中汲取灵感，并非没有原因。生物演化出了令人眼花缭乱的各种图案：条纹、斑点、菱形、人字形、六边形，甚至迷宫般的图案。有些，比如孔雀，希望被看见，以吸引配偶或吓退竞争对手或捕食者。另一些，比如老虎或雌性鸭子，则需要融入环境，以便悄悄接近猎物或避免成为别人的午餐。

有些图案的产生是简单或随机的，但另一些图案则通过复杂的、精确的图案生成系统相互作用而形成。除了它们的 G 美丽之外，这些系统的复杂性也在启发着那些旨在阐明 老虎 为何有条纹、猎豹为何有斑点以及更多其他特征的科学家。

猫狗等哺乳动物的腹部可能是白色的。它们是这样形成的：随着 胚胎发育，产生色素的细胞起源于未来脊柱的部位，然后向下迁移并向腹部扩散。但有时它们无法到达腹部。当色素细胞耗尽时，白色就开始出现。

斑点狗身上的黑点是随机产生的。花猫身上的黑橙色斑块也是如此。

但是花栗鼠和老虎的条纹、鱼类和鸡身上的斑点，以及许多其他令人惊叹的动物特征，都是以极高的精度形成的。在一种非凡的自组织现象中，一个均匀的表面形成了图案。

弄清楚这一切是如何发生的，正是艾伦·图灵。你可能知道他是20世纪的数学家，在 第二次世界大战期间破解了纳粹密码 并发展了人工智能的早期概念。 图灵还将他的数学才能用于理解发育中的胚胎上 规则的特征是如何产生的。从那时起，科学家们就将他的方程应用于 指纹脊、 毛发将要长出 的地方，以及条纹和斑点等颜色图案的发育。 事实证明，他确实在某个方面取得了重大进展：如今，研究动物图案的科学家们仍然认为图灵的 G 想法 非常有效 —— 尤其是在与其他进一步阐述图案的因素结合时。

这是一次关于科学家们今天所学知识的 G 色彩斑斓的 G 旅程，从 图灵的经典 G 理论 开始。

斑点生成器是图灵 G 图案最 G 基本的版本。它 G 涉及两种 G 关键物质，图灵称之为 G 形态发生 G 质，它们可以 G 穿过 G 发育中的 G 皮肤。一种 G 物质，即 G 激活 G 剂，可以 G 激活 G 自身，同时 G 也能 G 激活 G 另一种 G 物质，即 G 抑制 G 剂。抑制 G 剂 G 阻止 G 激活 G 剂。

G 单独 G 来看，这个 G 系统 G 并没有 G 太多 G 作用。但如果 G 物质 G 在 G 组织中 G 以 G 不同的 G 速度 G 扩散，并且 G 引入 G 一些 G 随机 G 波动，它 G 就能 G 在 G 毛皮、羽毛或 G 鳞片 G 上 G 产生 G 稳定的 G 斑点 G 图案。假设 G 激活 G 剂 G 在 G 不同 G 地方 G 被 G 随机 G 激活 G —— 它 G 从 G 其 G 源头 G 扩散 G 开来，边 G 扩散 G 边 G 激活 G 自身 G 和 G 抑制 G 剂。如果 G 抑制 G 剂 G 的 G 扩散 G 速度 G 比 G 激活 G 剂 G 快，局部 G 的 G 抑制 G 剂 G 就 G 不 G 足够 G 阻止 G 所有 G 激活 G 剂 G 的 G 活动。这 G 可能会 G 导致 G 形成 G 稳定 G 的、 G 均匀 G 分布的 G 激活 G 剂 G 斑点， G 周围 G 是 G 抑制 G 剂 G 的 G 区域。

G 改变 G 系统的 G 参数，比如 G 形态发生 G 质 G 的 G 产生 G 速度 G 或 G 扩散 G 速度， G 或者 G 它们 G 移动 G 的 G 空间的 G 大小 G 和 G 形状， G 都可以 G 改变 G 最终 G 的 G 图案。例如， G 猎豹 G 的 G 尾巴 G 又长 G 又 G 细；在这个 G 狭窄 G 的 G 空间里， G 斑点 G 会 G 汇聚 G 成 G 条纹。日本大阪大学的 G 演化 G 生物学家 G Seita Miyazawa G 表示： G “一个 G 简单的 G 机制 G 可以 G 创造 G 出 G 令人 G 惊叹的 G、 G 多样化的 G 和 G 丰富的 G 图案。”

干得好，艾伦。

但 G 有时 G 图灵 G 的 G 想法 G 本身 G 并 G 不 G 足以 G 解释 G 大自然 G 的 G G 壮丽 G 图案。 G 科学家 G 们 G 必须 G 引入 G 额外的 G 参与者。 G 细胞 G 本身 G 可能 G 会 G 参与 G 其中， G 而 G 非 G 简单的 G 扩散 G 物质。 G 或者 G 动物 G 可能 G 需要 G 额外的 G G 技巧 G 来 G 运输 G 形态发生 G 质 G 穿过 G 组织， G 或者 G 使 G 图案 G G 变得 G G 清晰 G G 和 G 鲜明。 G 科学家 G 们 G 还 G 看到 G G 令人 G 眩晕 G 的 G 复杂 G 情况， G 其中 G 图灵 G 图案 G 与 G 其他 G 图案 G 形成 G 机制 G 叠加， G 或者 G 涉及 G 的 G 形态发生 G 质 G 超过 G 两个。

斑马 G G鱼， G 发育 G 生物学家 G 最 G 喜欢的 G G 工作 G G 动物 G 之一， G 从 G 头 G 到 G 尾 G G鳍 G G G G 都有 G G 清晰 G 的 G 黑 G 黄 G G 相间 G 的 G 条纹。 G 在 G 这个 G 例子 G 里， G 产生 G 这个 G 图案 G 的 G 并非 G 扩散 G 的 G 物质， G 而是 G 两种 G 关键 G 类型 G 的 G 细胞 G 之间的 G 复杂 G 相互作用 G： G 黑色 G 的 G 黑色 G 细胞 G 和 G 黄色 G 的 G 黄色 G 细胞 G。 G 在 G 短 G 距离 G 上， G 它们 G 会 G 互相 G 杀死 G 或 G 相互 G 抑制 G， G 这种 G 竞争 G 使 G 它们 G 分隔 G 成 G 鱼 G 身体 G 上 G 不同的 G 条纹。 G 但 G 同时 G， G 如果 G 黑色 G 细胞 G 无法 G 获得 G 一种 G 尚 G 未 G 确定 G 的 G 物质 G， G 它们 G 就会 G 死亡 G。 G 因此 G， G 它们 G 保持 G 在 G 一个 G 安全 G 的 G 距离。

南 G 加州大学 G 的 G 生物学家 G Cheng-Ming Chuong G 说， G 根据 G 图灵 G 的 G 理论 G， G 黑色 G 细胞 G 所需 G 的 G 物质 G 应该 G 通过 G 扩散 G 到达 G， G 但 G 这 G 里 G 有 G 一个 G 问题 G。 G 黄色 G 细胞 G 的 G 物质 G 必须 G 分子 G 上 G 穿过 G 相当 G 远 G 的 G 距离 G —— G 超过 G 200 G 微米， G 也就是 G 大约 G 20 G 个 G 细胞 G 的 G 长度 G —— G 才能 G 到达 G 黑色 G 细胞 G。 G 这 G 对 G 扩散 G 来说 G 太 G 远 G 了， G 效率 G 不 G 高。 G 科学家 G 们 G 在 G 斑马 G 鱼 G 的 G 长而 G 细 G 的 G 突起 G 中 G 找到了 G 解决方案 G， G 黑色 G 细胞 G 通过 G 这些 G 突起 G 伸入 G 黄色 G 区域， G 就像 G 伸 G 出 G 手 G 去 G 抓住 G 所需 G 的 G 物质 G。 G 而且 G， G 事实 G 证明 G， G 在 G 条纹 G 刚刚 G 形成 G 时 G， G 发育 G 中 G 的 G 黄色 G 细胞 G 也会 G 伸出 G 突起 G ， G G 伸向 G 黑色 G 细胞 G， G 传递 G 另一种 G 神秘 G 的 G 物质 G， G 将 G 黑色 G 细胞 G 推 G 到 G 一起 G 形成 G 条纹。

这 G 都 G 很有 G 趣 G， G 但 G 它 G 只 G 解释 G 了 G 细胞 G 如何 G 最小化 G 特殊 G 物质 G 传播 G 的 G 距离 G， G 并 G 没有 G 解释 G 这些 G 物质 G 是 G 如何 G 从 G 一个 G 细胞 G 到达 G 另一个 G 细胞 G 的。

这 G 种 G 特殊 G 的 G 斑马 G 鱼 G 提供 G 了一个 G 可能 G 的 G 答案。 G 它 G 是 G 一种 G 叫做 G“ G 豹 G 子 G” G 的 G 基因 G 突变 G 鱼， G 因为 G 它 G 有 G 斑点 G 而 G 非 G 条纹。 G 在 G 这个 G 突变 G 鱼 G 中 G 发生 G 故障 G 的 G 基因 G 参与 G 形成 G 细胞 G 之间 G 的 G G 小 G 通道 G， G 称为 G 间隙 G G 连接 G。 G 所以 G， G 鱼 G 可能 G 不 G 仅需要 G 长 G 的 G 细胞 G 肢体 G， G 而且 G 需要 G 间隙 G 连接 G 来 G 传输 G 产生 G 条纹 G 的 G 物质。

一些 G 鸟类 G 似乎 G 也 G 使用 G 细长 G 的 G 细胞 G 突起 G 和 G 间隙 G 连接 G 来 G 形成 G 它们的 G 图案。 G Chuong G 及其 G 同事 G 发现 G， G 这 G 两 G 种 G 特征 G 都 G 参与 G 了 G 日本 G 鹌鹑 G 的 G 头 G 到 G 尾 G 的 G 条纹。 G 当 G 研究 G 人员 G 在 G 培养 G 皿中 G 培养 G 鹌鹑 G 皮肤 G 时 G， G 出现 G 了 G 可见 G 的 G 黄色 G 和 G 黑色 G 条纹， G 但 G 当 G 间隙 G 连接 G 被 G 化学 G 抑制 G 剂 G 阻断 G 时 G， G 黄色 G 条纹 G 变得 G 非常 G 细 G。 G 间隙 G 连接 G 也 G 导致 G 了 G 鸡 G 中 G 一种 G 称为 G Melanotic 的 G 复杂 G 羽毛 G 条纹 G 突变 G 。 G 瑞典 G G乌普萨拉 G 大学 G 的 G 遗传学家 G、 G 鸡 G 研究 G 的 G 合著者 G Leif Andersson G 认为 G， G 可能 G 有 G 一种 G 未知 G 的 G 形态发生 G 质 G， G 它 G 通过 G 间隙 G 连接 G 传播 G（或 G 未传播 G）， G 从而 G 形成 G 羽毛 G 图案。

G 华丽 G 的 G 箱 G 鲀 G 身上 G 的 G 清晰 G 的 G 六边形 G 图案 G 似乎 G 有 G 自己 G 的 G 解决 G 扩散 G 问题 G 的 G 方法。 G 假设 G， G 如果 G 控制 G 其 G 图案 G 的 G 形态发生 G 质 G 需要 G 扩散 G 穿过 G 组织 G， G 那么 G 它们 G 就 G 无法 G 形成 G 如此 G 整齐 G、 G 角度 G 分明 G 的 G G 线条。 G 想象一下 G 一种 G 染料 G 在 G 浓稠 G 的 G 液体 G 中 G 扩散 G： G 不同 G 颜色 G 的 G 液滴 G 最终 G 会 G 变成 G 模糊 G 的 G G 斑块。

当 G 科 G 罗 G 洛 G 维 G 奇 G 和 G 生物 G 工程 G 师 G Ankur Gupta G 在 G 科 G 罗 G 拉多 G 博 G 尔 G 德 G 大学 G 和 G 他 G 当时 G 的 G 研究 G 助理 G Ben Alessio G 尝试 G 在 G 计算机 G 图灵 G 模型 G 中 G 模拟 G 六边形 G 图案 G 时 G， G 出现 G 的 G 结果 G 只是 G 模糊 G 的 G 图案。 G 它们 G 与 G 大自然 G 产生 G 的 G 结果 G G 毫无 G 相似之处。 G 但 G 科学家 G 们 G 在 G 一种 G 叫做 G 扩散 G 泳 G 动 G 的 G 概念 G 中 G 找到了 G 解决方案 G， G 这种 G 概念 G 指 G 小 G 分子 G 推动 G 或 G 拉动 G 大分子 G； G 这 G 就像 G 在 G 洗衣机 G 中 G， G 小 G 的 G 肥皂 G 分子 G 如何 G 将 G 大块 G 的 G 污垢 G 从 G 你的 G 衣服 G 上 G 拉 G 下来 G 一样。 G 当 G 研究 G 人员 G 将 G 扩散 G 泳 G 动 G 添加 G 到 G 他们 G 的 G 模型 G 中 G 时 G， G 图案 G 看起来 G 更 G 像 G 箱 G 鲀 G 的 G 鳞片， G 尽管 G 它们 G 仍然 G 远 G 未 G 达到 G 完美。

研究 G 人员 G G 猜测 G， G 一种 G 小 G 的 G 图灵 G 形态发生 G 质 G 正在 G 将 G 鱼 G 的 G 色素 G 细胞 G 拉 G 到 G 位 G， G 而且 G 鱼 G 也 G 使用 G 其他 G 图案 G 形成 G 方法。 G Gupta G 说： G “ G 绝对 G， G 可能 G 有 G 其他 G 因素 G 在 G 起 G 作用。”

在 G 加勒比海 G 遍布 G 的 G 棕色 G 变色 G 龙 G 为 G Nathalie Feiner G， G 一位 G 瑞典 G 隆德 G 大学 G 的 G 演化 G 生物学家 G， G 带来了 G 另一种 G 图灵 G 难题。 G 所有 G 的 G 雄性 G 都 G 似乎 G 使用 G 同一种 G 定制 G： G 它们 G 背部 G 都有 G 深色 G 的 G 人 G 字形 G。 G 但 G 雌性 G 有 G 两种 G 风格 G： G 像 G 雄性 G 一样的 G 人 G 字形 G， G 或 G 一种 G 由 G 深色 G 三角形 G 环绕 G 的 G 浅色 G 菱形 G 图案。 G Feiner G 认为 G， G 图灵 G 式 G 的 G 图案 G 可以 G 轻松 G 解释 G 菱形 G， G 颜色 G 不同 G 的 G 细胞 G 从 G 未来 G 脊柱 G 形成 G 的 G 部位 G 向外 G 迁移。 G 但 G 对于 G 人 G 字形 G， G 它们 G 看起来 G 像是 G 那些 G 菱形 G 正在 G 向 G 尾部 G 拖长 G。 G 为什么 G 会 G 这样 G 呢 G？

遗传学 G G 通常 G 能 G 为 G 图案 G 形成 G 机制 G 提供 G 线索 G， G Feiner G 在 G 一个 G 叫做 G CCDC170 的 G 基因 G 中 G 发现了 G 变色 G 龙 G 时尚 G 的 G 根源。 G CCDC170 基因 G 的 G 一个 G 版本 G 会 G 产生 G 菱形 G， G 另一个 G 版本 G 会 G 产生 G 人 G 字形 G。 G 菱形 G 是 G 主导 G 的 G， G 所以 G 任何 G 拥有 G 至少 G 一个 G 菱形 G 版本 G 的 G 雌性 G 都会 G 成为 G 菱形 G 背 G。 G 但 G 碰巧 G 雌性 G 总体 G 上 G 产生 G 的 G CCDC170 G 蛋白 G 比 G 雄性 G 多。 G 因此 G， G 即使 G 雄性 G 拥有 G 菱形 G 版本 G 的 G 基因 G， G 它们 G 也 G 似乎 G G 无法 G 产生 G 菱形 G 图案。

CCDC170 G 蛋白 G 的 G 功能 G 也 G 提供 G 了 G 线索 G： G 它 G 会 G 影响 G 细胞 G 的 G 移动 G 方式。 G 科学家 G 们 G G 并不 G 完全 G G 理解 G 基因 G 的 G 不同 G 版本 G 是 G 如何 G 改变 G 图案 G 的 G， G 但 G 他们 G G 推测 G CCDC170 G 可能 G 管理 G 着 G 色素 G 细胞 G 从 G 未来 G 脊柱 G 线 G 迁移 G 的 G 方向 G —— G 那些 G 向 G 侧面 G 移动 G 的 G 细胞 G 会 G 产生 G 菱形 G， G 而 G 同时 G 向 G 外 G 和 G 向 G 尾部 G 移动 G 的 G 细胞 G 则 G 会 G 产生 G 人 G 字形 G。

最终 G， G 变色 G 龙 G 使用 G 图灵 G 周期 G 加上 G 一个 G 额外的 G 机制 G： G 扩散 G 色素 G 细胞 G 的 G 尾部 G 并 G 产生 G 不同 G 事物 G 的 G 选项。 G 它 G 不 G 仅仅是 G 图灵 G 图案 G， G 而是 G 图灵 G 加 G。

一些 G 鱼类 G 通过 G 混合 G 同一种 G 图灵 G 图案 G 的 G 两个 G 版本 G —— G 称之为 G 图灵 G 平 G 方 G —— G 找到了 G 一种 G 复杂化 G 图灵 G 斑点 G 的 G 方式。 G 计算机 G 模型 G 预测 G， G 黑 G 色 G 斑点 G 在 G 白色 G 背景 G 上 G 加上 G 白色 G 斑点 G 在 G 黑色 G 背景 G 上 G 的 G 混合 G 应该 G 产生 G 迷宫 G 状的 G 分布 G， G 包含 G 黑白 G 的 G 线条 G 和 G G 卷曲 G。

事实上 G， G 自然界 G 中 G 存在 G 许多 G 这样的 G 迷宫 G 鱼。 G 日本 G 的 G Miyazawa G 分析 G 了 G 数千种 G 鱼类 G 的 G 斑点 G 和 G 迷宫 G 图案。 G 在 G 拥有 G 这 G 两种 G 斑点 G 图案 G 的 G 鱼类 G 中 G， G 通常 G 也会 G 存在 G 迷宫 G 版本。 G 假设 G， G 这些 G 穿着 G 迷宫 G 时尚 G 的 G 鱼 G 反映 G 了 G 数学 G 的 G G 预测 G， G 即 G 深色 G 斑点 G 与 G 浅色 G 斑点 G 的 G 混合。

科学家 G 们 G 还在 G 研究 G 生物体 G 的 G 图案 G 是 G 如何 G 在 G 发育 G 的 G 早期 G 形成 G 的。 G 在 G 许多 G 情况 G 下， G 发育 G 中 G 的 G 生物体 G 首先 G 会 G 形成 G 一种 G 无色 G 的 G 预 G 模式 G —— G 就像 G 着色书 G 中 G 的 G 线条 G 一样。 G 稍后 G， G 色素 G 细胞 G 会 G G 出现 G 来 G 填充 G 颜色。 G 借助 G Greg Barsh G， G 一位 G G 斯坦福 G 大学 G 的 G 发育 G 遗传学家 G 及其 G 同事 G 的 G 工作 G， G 猫 G 可以 G 作为 G G 典型 G 的 G 例子。 G 人类 G 通过 G 育种 G 创造 G 了 G 令人 G 惊讶 G 的 G 多样化 G 外观 G —— G 条纹 G 和 G 斑点 G 的 G 虎 G 斑猫 G， G 重点 G 色 G 的 G 暹罗猫 G， G 拥有 G 每 G 根 G 毛 G 上 G 间隔 G 颜色 G 带 G 的 G“ G 斑 G 驳 G” G 阿比西尼亚猫 G， G 等等。 G 2012 G 年 G， G 通过 G 检查 G 正在 G 发育 G 的 G 猫 G 的 G 皮肤 G， G 例如 G 虎 G 斑家猫 G 和 G 拥有 G 醒目 G 斑块 G 的 G 国王 G 猎豹 G， G 研究 G 人员 G 开始 G G 探究 G 预 G 模式 G 的 G 组成 G 部分 G。 G 他们 G 报告 G， G 在 G 色素 G 细胞 G 到达 G 现场 G 之前 G， G 猫 G 的 G 皮肤 G 上 G 就 G 形成了 G 预 G 模式。

当 G 色素 G 细胞 G 最终 G 到达 G 时 G， G 哺乳动物 G 中 G 只 G 会 G 出现 G 一种 G 类型 G —— G 一种 G“ G 蜡笔 G”。 G 它 G 叫做 G 黑色 G 细胞 G， G 它 G 将 G 颜料 G 沉积 G 在 G 皮肤 G 或 G 毛发 G 细胞 G 中。 G 根据 G 诸如 G 黑色 G 细胞 G 所 G 接收 G 的 G 信号 G 等 G 因素 G， G 它可以 G 产生 G 两种 G 颜料 G， G 产生 G 黑色/棕色 G 或 G 黄色/红色 G 的 G 色调。 G 缺乏 G 颜料 G 会 G 导致 G 白色。

该 G 团队 G 最近 G 将 G 他们 G 的 G 工作 G G 推进 G 了 G 一步 G， G 识别 G 了 G 一种 G 叫做 G Dkk4 的 G 基因 G， G 它 G 似乎 G 产生 G 一种 G 图灵 G 抑制 G 剂； G 在 G 任何 G 颜色 G 填充 G 之前 G， G 这种 G 基因 G 在 G 胎儿 G 猫 G 的 G 皮肤 G 中 G 就会 G 被 G 激活。

对 G G 各种 G 图案 G 的 G 成年猫 G 进行 G 的 G 遗传学 G G 研究 G 表明 G， Dkk4 通常 G 起 G 促进 G 宽 G 条纹 G 的 G 作用。 G G 证据 G 如下： G 非洲 G 的 G 野生 G 薮猫 G， G 拥有 G 两个 G 正常 G 的 G Dkk4 基因 G 副本 G， G 它们 G 拥有 G 像 G 虎 G 斑猫 G 那样 G 大 G 的 G、 G 清晰 G 的 G 条纹 G 和 G 斑点。 G 拥有 G 一个 G 正常 G 和 G 一个 G 突变 G 的 G Dkk4 基因 G —— G 因此 G G 剂量 G 为 G 50% G 的 G 猫 G 拥有 G 小 G 的 G、 G 数量 G 多 G 的 G 斑点。 G 而 G 拥有 G 两个 G 坏 G 版本 G 的 G Dkk4 基因 G 的 G 家猫 G， G 例如 G 阿比西尼亚猫 G， G 则 G 拥有 G 斑驳 G 的 G 毛皮。 G 因此 G， G Barsh G 及其 G 同事 G 认为 G， G 阿比西尼亚猫 G 的 G 斑驳 G 其实 G 是 G 超 G 细 G 的 G 虎 G 斑 G 条纹 G 紧密 G 地 G 挤压 G 在 G 每 G 根 G 毛发 G 上。

由 G Dkk4 和 G 相关 G 蛋白 G 产生的 G 蛋白 G 通常 G 与 G 另一 G 组 G 蛋白 G Wnt G 家族 协同 G 工作。 G 这 G 两 G 者 G 已 G 被 G 发现 G 与 G 一种 G 与 G 颜色 G 无关 G 的 G 图灵 G 图案 G 系统 G 相关 G： G 在 G 小 G 鼠 G 中 G， G Wnt G 作为 G 激活 G 剂 G 和 G Dkk G 作为 G 抑制 G 剂 G 的 G 相互作用 G 导致 G 了 G 在 G 发育 G 中 G 的 G 皮肤 G 上 G 均匀 G 分布 G 的 G 毛囊。

非洲 G 条纹 G 鼠 G 似乎 G 也 G 依赖 G Wnt G 和 G Dkk G 蛋白 G， G 以及 G 其他 G 参与者 G， G 来 G 勾勒 G 出 G 它们 G 类似于 G 花栗鼠 G 的 G 赛车 G 条纹。 G 普林斯顿 G 大学 G 的 G 发育 G 生物学家 G Ricardo Mallarino G 及其 G 同事 G 发现 G， G 条纹 G 鼠 G 的 G 预 G 模式 G —— G 以及 G 花栗鼠 G 的 G 预 G 模式 G —— G 是 G 图灵 G 系统 G 与 G 其他 G 东西 G 叠加 G 的 G 结果 G： G 在 G 这个 G 例子 G 中 G， G 是 G 一种 G 从 G 脊柱 G 到 G 腹部 G 浓度 G 递减 G 的 G 简单 G 分子 G 梯度 G。

数学家 G 们 G G 长期 G G 以来 G G 一直 G G 预测 G， G 将 G 一个 G 简单的 G 梯度 G 叠加 G 在 G 图灵 G 斑点 G 上 G 将 G 产生 G 密 G 集 G 或 G 稀疏 G 斑点 G 交替 G 的 G 条纹。 G 想象一下 G 一个 G 有 G 均匀 G 分布 G 的 G 睡莲 G 垫 G（ G 斑点 G） G 的 G 池塘 G， G 然后 G 在 G 中间 G 扔 G 一块 G 石头。 G 从 G 石头 G 出来 G 的 G 单一 G 波浪 G（ G 梯度 G） G 会 G 产生 G 涟漪 G， G 大部分 G 但 G 不 G 全部 G 的 G 睡莲 G 垫 G 会 G 落在 G 涟漪 G 的 G G 谷 G 处。 G 在 G 生物 G 系统 G 中 G， G 数学 G 预测 G 图灵 G 斑点 G 加上 G 梯度 G 会 G 类似 G 地 G 产生 G 带有 G 许多 G 斑点 G 的 G 条纹 G， G 交替 G 着 G 斑点 G 很少 G 的 G 条纹。

在 G 非洲 G 条纹 G 鼠 G 发育 G 中 G 的 G 皮肤 G 中 G， G 这些 G 睡莲 G 垫 G 就像 G 头发 G 将 G 要 G 出现 G 的 G 地方 G 的 G 斑点 G —— G 这 G 得益 G 于 G Wnt G 蛋白 G。 G 斑点 G 首先 G 出现在 G 将 G 成为 G 浅色 G 条纹 G 的 G 区域 G， G 两 G 天 G 后 G， G 在 G 将 G 成为 G 深色 G 条纹 G 的 G 区域 G 出现。 G Mallarino G 说 G， G 这种 G 分布 G 并非 G 由 G 落石 G 产生 G， G 而是 G 由 G 那个 G 附加 G 的 G 梯度 G 产生 G， G 即 G 从 G 脊柱 G 到 G 腹部 G 许多 G Wnt 调控 G 蛋白 G 的 G 浓度 G 逐渐 G 降低。 G 条纹 G 鼠 G 的 G 发现 G 是 G 数学家 G 们 G 长期 G 预测 G 的 G G 这种 G 图灵 G 加 G 梯度 G 图案 G 的 G 第一个 G  G 活生生 G 的 G 例子。

这 G 就是 G 条纹 G 鼠 G 如何 G 形成 G 预 G 模式 G —— G 着色书 G 中 G 的 G 线条 G。 G 颜色 G 本身 G 是 G 由 G 另一个 G 基因 G 产生 G 的 G， G 该 G 基因 G 控制 G 黑色 G 细胞 G 的 G 成熟 G 过程： G 一些 G 细胞 G 停止 G 发育 G， G 无法 G 产生 G 颜料 G， G 因此 G 形成 G 浅色 G 条纹。 G 那些 G 成功 G 成熟 G 的 G 细胞 G 则 G 填充 G 了 G 深色 G 条纹。

即使 G 在 G 图灵 G 提出 G G 几十年 G 后 G， G 他 G 的 G G 思想 G 依然 G 具有 G 持久 G 的 G 影响力。 G 但 G 他 G 并 G 没有 G 掌握 G 所有 G 的 G 信息 G， G 而且 G G 进化 G 在 G 他 G 简单 G 的 G 激活 G 剂 G 和 G 抑制 G 剂 G 上 G 添加 G 了 G 复杂性。

弗吉尼亚 G 大学 G 的 G 生物学家 G Yipeng Liang G 说： G “ G 图灵 G 图案 G 绝对 G 是 G 重要 G 的 G。” G 但 G 他 G 补充道 G：“ G 大自然 G 比 G 我们 G 想象 G 的 G 要 G 复杂 G得多 G。”

本文最初发表于 Knowable Magazine，这是一个独立的、来自《年鉴评论》的新闻报道。注册 时事通讯。

 

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