复杂的动物模式：一项新研究可以回答这个问题

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美国有线电视新闻网
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这种具有引人注目图案的箱鲀在其六角形斑点和锐利线条方面并不缺乏细节——这种复杂的斑纹是如此尖锐，甚至连科罗拉多大学博尔德分校的工程师都感到困惑。 关于如何获得独特的外观。

阿兰·图灵，著名数学家 他发明了现代计算70 多年前就提出，动物通过产生可通过皮肤组织扩散的化学剂来形成自己的模式，类似于咖啡中的奶精。 这些化学物质会发生反应，而其他因素会抑制它们的活动，从而形成这种模式。 但图灵的理论并没有解释像华丽箱鲀这样的物种如何保持特定的模式。

科罗拉多大学博尔德分校的一个工程师团队在发表的一项新研究中发现了一种称为扩散光泳的机制如何创建清晰的图案 周三科学进展。 扩散电泳过程描述了悬浮在液体中的分子响应于 浓度梯度 一种单独的化学物质，导致小分子（在本例中为色素细胞）浓缩并聚集在一起。

当科学家计算图灵方程并对其进行修改以包含这一过程时，他们创建的模拟表明，粒子的路径总是会产生宽线，这与图灵理论单独产生的模糊、不确定的点不同。

“让我们感兴趣的是，如果它广泛传播，图案就不应该那么清晰……而且颜色也不应该那么引人注目，”该研究的合著者说。 安库尔·古普塔科罗拉多大学博尔德分校化学与生物工程助理教授。 “那么，是什么赋予了这些图案如此惊人的清晰度？这就是扩散电泳的用武之地。”

工程师的研究结果表明，随着化学试剂的扩散，色素细胞会形成 在扩散电泳过程中，它们也会沿着其路径被拉动，产生轮廓更清晰的斑点和线条。 根据新闻稿 关于学习。

古普塔说，他希望这些发现能够促进扩散电泳与胚胎发生和肿瘤发生以及其他物种的形态发生和生物过程相关的进一步研究。

“锐化界面的想法是个好主意，它对于生物功能当然很重要，”他说。 安德鲁·克劳斯博士英国杜伦大学应用数学助理教授 研究图灵理论，在一封电子邮件中。

“像扩散这样的数学思想通常会导致‘平滑’或连续的界面，而生物组织中的大多数边界（例如，器官之间的边界）相对严格，”克劳斯说，他没有参与这项研究。至少有一种可能的方法来锐化基因表达区域。”

图灵的假设首次出现在 1952 年他撰写的一篇题为“形态发生的化学基础”的论文中。 他的理论认为，动物图案不是随机的，而是一个化学反应和扩散的过程，系统性地导致豹子上出现斑点或条纹。 华威大学。

他说，虽然扩散过程是根据最近的研究提出的修改，旨在完善图灵的理论，但其他解决方案也是可能的。 杰里米·格林伦敦国王学院发育生物学教授。

“细胞非常粘，不太可能通过扩散电泳移动，”未参与这项研究的格林在一封电子邮件中说。 “细胞运动以锐化图灵模式（或实际上任何边界）并不是一个新想法，不仅可以通过趋化性（主动细胞迁移）发生，还可以通过其他机制发生。”

格林表示，他相信这项研究可能会影响未来的建模和实验，但图灵的理论仍然存在有待探索的漏洞。 格林合着 A 2012年2月学习 当涉及到老鼠上颚的肿块时，它找到了支持图灵理论的证据。

古普塔在一封电子邮件中说：“我们在研究中考虑了其他可能性，并承认趋化性（即细胞迁移）等过程的存在。” “我们并不打算声称扩散发光是唯一的机制，而是它存在但尚未得到适当的认识。包括扩散有助于提高此类预测的稳健性。”