斑点、条纹等等:研究动物图案的逻辑

70 多年前,数学家艾伦·图灵提出了一种机制,解释了如何从平淡的一致性中产生图案。科学家们仍在使用他的模型——并添加新的变化——以更深入地了解动物标记。

来源:可知 Magazine

时装设计师从动物图案中寻找灵感是有原因的。动物进化出了令人眼花缭乱的图案:条纹、斑点、菱形、人字形、六边形,甚至迷宫般的图案。有些动物,比如孔雀,想要被人看到,以吸引配偶或吓跑对手或捕食者。其他动物,比如老虎或雌鸭,需要融入其中,要么偷偷靠近猎物,要么避免自己成为午餐。

有些图案是简单或随机产生的,但其他图案是通过复杂、精确的图案生成系统相互作用而形成的。抛开它们的美丽不谈,这些系统的复杂性也启发了科学家们,他们旨在阐明老虎如何获得条纹,猎豹如何获得斑点等等。

老虎

猫和狗等哺乳动物的肚子是白色的。它们以一种直接的方式获得色素:随着胚胎的发育,色素生成细胞沿着未来脊柱的位置开始生长,并向下和向腹部移动。但有时它们无法完全到达。色素细胞耗尽的地方,白色开始出现。

胚胎发育

斑点狗身上的黑点是随机产生的。三色猫身上的黑色和橙色斑点也是如此。

但花栗鼠和老虎的条纹、鱼和鸡的斑点以及许多其他美丽的动物特征都是以精湛的精度形成的。在自组织的非凡壮举中,均匀的表面变成了图案。

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以下是科学家今天正在学习的丰富多彩的旅程,从图灵的经典理论开始。

图灵的经典理论

斑点制造器是图灵图案的最基本版本。它涉及两种关键物质,或图灵所称的形态发生素,它们可以穿过发育中的皮肤。一种物质,即激活剂,会自行开启,也会开启另一种物质,即抑制剂。抑制剂会阻断激活剂。

干得好,艾伦。

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