動物身上的斑紋，是怎么來的？

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?！瓰槭裁从械呐Ｊ菃我活伾模械呐Ｊ呛诎谆y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胞產(chǎn)生的黑色素的種類和分布決定。哺乳動物黑色素細胞能產(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杏绊懀渲蠱C1R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，引起了廣泛關注，不同領域的科研人員對MC1R基因的結構、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)學角度分析，斑圖的反應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)學模型，毛皮面積的形狀和大小以及其擴散波長都有關系。這樣寫成的非線性反應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，蛇等細長的動物，出現(xiàn)的多是條紋型斑圖。同一個生物，應使用同樣的反應擴散方程組，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)有很多不同領域的研究學者，通過建立數(shù)學模型的方法，利用計算機模擬預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，能夠準確預測出某個生物從出生開始到生命結束毛色的變化過程。

要想揭開更多生物毛色的奧秘，還需要生物學家、數(shù)學家、物理學家和化學家一起，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. 身體細長的蛇

B. 身體圓滾滾的倉鼠

C. 短腿矮胖的柯基

歡迎在評論區(qū)留下你的答案和理由

《知識就是力量》喜迎創(chuàng)刊70周年，科學藝術作品征集

七十載薪火相傳，科普路初心如磐。為落實《國務院關于深入實施“人工智能+”行動的意見》，值此《知識就是力量》創(chuàng)刊70周年之際，誠邀社會各界以AI為翼、以創(chuàng)意為橋，用音樂、舞臺劇、詩畫等形式賦能科學傳播，讓知識的力量浸潤人心，為構建新時代科普生態(tài)、注入創(chuàng)意動能。

活動詳情：

《知識就是力量》迎接創(chuàng)刊70周年

全網(wǎng)尋找老讀者

《知識就是力量》創(chuàng)刊70載，陪伴一代又一代中國人走進科學殿堂。雜志社全網(wǎng)找尋老讀者，講述自己與《知識就是力量》結緣，科普助力成長的故事，引領更多青少年走進閱讀，走進科學的世界共同感受《知識就是力量》在新媒體環(huán)境下煥發(fā)的勃勃生機。

請掃描以下二維碼，共憶您與《知識就是力量》的科學情緣：

我們將從中抽取讀者贈送《知識就是力量》文創(chuàng)周邊(文創(chuàng)以實物為準)，優(yōu)秀作品將在《知識就是力量》官方新媒體平臺相關專題全面推廣展示，讓您的科學故事感染更多人！

版權聲明：投稿作品版權歸原作者所有，《知識就是力量》雜志社享有編輯權、使用權，可用于本刊宣傳推廣。

責任編輯｜趙青云

運營編輯｜趙青云

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)作品轉載請注明來源。

知識就是力量

現(xiàn)訂購2026年

定價360元

把一整年的知識抱回家！