Barsh解释说,DKK4也是一种信使蛋白,被称为“分泌型分子”;它向周围细胞发出信号,仿佛在说:“你是特别的。你这里将会长出深色毛发。”
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虎斑猫的斑纹源于家猫的直系祖先:近东野猫。
摄影:TODD GIPSTEIN, NAT GEO IMAGE COLLECTION
当一切按计划进行,携带DKK4的细胞最终变成虎斑猫身上的暗色斑纹。但突变经常发生,带来了其他毛色和图案,比如白色斑点或细条纹。色素沉着也会有影响:例如,当原本产生各种颜色的色素细胞只产生深色色素时,我们就会得到一只黑猫。
自发形成的图案
为了找出这些细胞如何形成猫身体上的斑纹,研究团队求助了计算机科学家、数学生物学创始人艾伦·图灵。1952年,图灵用一种方法,从数学角度解释了这些图案如何在自然界自发形成。
他的理论被称为“反应扩散”,可以预测在分子存在的情况下(在猫身上,是基因产生的分子),系统在发展过程中如何进行自我组织,它们(活化因子和抑制因子)以不同的速度扩散,从一个细胞移动到另一个。如果抑制因子比活化因子的扩散速度更快,那么从数学角度来看,系统会进行自我清理。在虎斑猫身上,抑制因子是基因DKK4,而活化因子未知。
图灵不知道活化因子和抑制因子是什么,甚至不知道它们的存在。但70年后,包括虎斑猫的发现在内,很多现象证明图灵是正确的。
“我们通常认为,在发育过程中,细胞四处移动,但它们很早就以这种三维方式,用厚度决定了斑纹……这真的很厉害,”Elaine Ostrander说。她在马里兰州国家卫生研究院国家人类基因组研究所,负责研究家犬的遗传学。
Ostrander没有参与此次研究,她补充说,分析单个细胞“可以梳理不同过程,所有这一切对于虎斑猫的斑纹来说,都很重要。”
现在,Barsh的团队认为猫的颜色图案生成有两个过程:首先,皮肤细胞决定了斑纹图案的深浅;然后,毛囊生长,产生色素。
通过分析这些过程在其他动物身上的情况,以及为什么有的动物有斑纹,有的动物却没有,研究团队希望了解颜色图案随时间推移的进化过程。Barsh说,他们甚至可能发现与毛色无关的因素,就像达尔文所说的无形的变化。
(译者:Sky4)