科學(xué)家深入研究貓胚胎之后 揭開虎斑貓身上獨(dú)特斑紋的驚人起源

2025-12-10 09:09:43 分類：時(shí)尚 閱讀(1)

在全美國將近6000萬只寵物貓中，經(jīng)典條紋虎斑特別受歡迎。胚胎 PHOTOGRAPH BY AL PETTEWAY AND AMY WHITE,虎斑 NAT GEO IMAGE COLLECTION

虎斑條紋源自家貓的直系祖先，近東野貓。特斑 PHOTOGRAPH BY TODD GIPSTEIN,起源 NAT GEO IMAGE COLLECTION 
（神秘的地球uux.cn報(bào)道）據(jù)美國國家地理（撰文：JOANNA KLEIN 編譯：鐘慧元）：科學(xué)家深入研究貓胚胎之后，揭開了家貓身上這種獨(dú)特斑紋的科學(xué)驚人起源。
全美國將近6000萬只寵物貓中，家深究貓揭開驚人最受歡迎的入研其中一種，就是胚胎經(jīng)典虎斑（classic tabby）——那是一種有條紋、圓點(diǎn)和漩渦，虎斑貓咪前額還有像大寫M的貓身毛皮花色。
雖然虎斑貓這么受歡迎（想想加菲貓），但科學(xué)家對于它們這種獨(dú)特外表到底是怎么來的，卻知之甚少。
在上周一篇發(fā)表于《自然通訊》（Nature Communications）期刊的研究中，科學(xué)家觀察到，在貓的毛皮開始發(fā)育之前，貓胚胎皮膚細(xì)胞中產(chǎn)生虎斑花紋的基因就已經(jīng)活化了。在顯微鏡下，甚至可以看到這些早期皮膚細(xì)胞在模擬虎斑條紋，這在胚胎細(xì)胞上是前所未見的發(fā)現(xiàn)。
這種獨(dú)特的遺傳進(jìn)程，可能和野生貓科動物身上產(chǎn)生斑紋與原點(diǎn)的機(jī)制相同，作者群如此推論。 「虎斑」一詞的英文是tabby, 源自al-‘Attābiyya，是巴格達(dá)的一個(gè)地區(qū)。該區(qū)曾在16世紀(jì)時(shí)生產(chǎn)有條紋的細(xì)致塔夫綢（silk taffeta），但虎斑條紋本身則可能是源自家貓的直系祖先，也就是有條紋的近東野貓（Near Eastern wildcat）。
「能多了解世界一點(diǎn)點(diǎn)，就［是］會讓人有種成就感?！寡芯恐鞒秩烁鹄赘瘢蜖栐S（Greg Barsh）說，他是哈德遜阿法生物技術(shù)研究所（HudsonAlpha Institute for Biotechnology）的研究員；這是一所位于阿拉巴馬州亨次維的研究機(jī)構(gòu)。不過這項(xiàng)研究在另一個(gè)層面來說也很令人意外，他說：「生物學(xué)一再使用同一套工具，所以發(fā)現(xiàn)某種并未更廣泛地應(yīng)用在其他諸多狀況下的東西，是非常罕見的。這個(gè)案例很可能就是這種狀況?！?br>家貓毛色和紋路背后的遺傳學(xué)，牽動科學(xué)家的好奇心已經(jīng)很久。達(dá)爾文就曾提出說耳聾的貓大多是藍(lán)眼睛的白貓。他說，在發(fā)育過程中，物種有時(shí)候會發(fā)生不重要的小改變，像是毛色，因?yàn)檫@些改變是跟其他比較有用的改變連結(jié)在一起的。
他又補(bǔ)充說，有些改變是我們根本就看不見的。他沒有現(xiàn)代的遺傳學(xué)的知識，但結(jié)果他是對的：這是繼承而來的遺傳異常。
不同類型的貓細(xì)胞
因?yàn)楸仨毢虾鮽惱碚J(rèn)可的研究協(xié)定，巴爾許、史丹佛大學(xué)的遺傳學(xué)家克利斯多夫．凱林（Christopher Kaelin），以及哈德遜阿法的資深科學(xué)家凱莉．麥高文（Kelly McGowan）從幫街貓絕育的獸醫(yī)診所搜集了將近1000個(gè)本來會被丟掉的胚胎；許多貓?jiān)诒凰腿ピ\所時(shí)就已經(jīng)懷孕了。
麥高文用顯微鏡檢視日齡25-28天的胚胎皮膚細(xì)胞時(shí)，她注意到在皮膚比較厚的區(qū)域中穿插著比較薄的區(qū)域，產(chǎn)生了一種暫時(shí)性的毛色圖案，很像成貓身上的虎斑花色。
她最驚訝的，就是能在如此初期的胚胎發(fā)育階段看到這樣的紋路；毛囊和色素都還要很久以后才會出現(xiàn)，而這兩者才是動物毛皮花色的關(guān)鍵。
為了更深入研究，團(tuán)隊(duì)分析了胚胎的個(gè)別皮膚細(xì)胞，并找到了兩種不同類型的細(xì)胞，各自都展現(xiàn)出不同組基因。在這些基因之中，最不一樣的就是被特別命名為「Dickkopf WNT訊號通路抑制因子4號」（Dickkopf WNT Signaling Pathway Inhibitor ）的基因，也就是DKK4。
他們檢視約20天大的胚胎，看細(xì)胞如何展現(xiàn)DKK4，結(jié)果發(fā)現(xiàn)有關(guān)的細(xì)胞，都是那些幾天后會形成較厚皮膚紋路的細(xì)胞。
巴爾許解釋說，DKK4也是一種傳訊蛋白質(zhì)，被稱為「分泌分子」（secreted molecule），會對周圍的細(xì)胞發(fā)出訊號，基本上說的是：「你很特別。你是要長出黑毛的區(qū)域?！?br>當(dāng)一切都按照計(jì)畫發(fā)展的時(shí)候，有DKK4基因的細(xì)胞最后會成為讓虎斑貓有虎斑的深色紋路。但突變也常常發(fā)生，造成其他的毛皮顏色和紋路，像是白色斑點(diǎn)或比較細(xì)的條紋。色素沉著（pigmentation）也可能會造成其他狀況：舉例來說，全黑的毛皮，就是在該制造其他顏色的色素細(xì)胞只制造黑色素的時(shí)候造成的。
自然發(fā)生的紋路發(fā)育
為了了解這些細(xì)胞在貓身上到底是怎么制造出斑紋圖案的，團(tuán)隊(duì)轉(zhuǎn)而向艾倫．圖靈（Alan Turing）、也就是電腦科學(xué)家及數(shù)理生物學(xué)（mathematical biology）的奠基者求助。 1952年，圖靈曾經(jīng)描述過一種方式，能用數(shù)學(xué)解釋紋路如何自然浮現(xiàn)。
他的理論名為「反應(yīng)擴(kuò)散」（reaction-diffusion），這個(gè)理論的預(yù)測是，在胚胎發(fā)育過程中，當(dāng)抑制因子與活化因子等分子（在貓的例子里則是由基因產(chǎn)生）以不同速率從細(xì)胞移動到細(xì)胞（也就是擴(kuò)散），系統(tǒng)就能自我組織。所以當(dāng)抑制因子擴(kuò)散得比活化因子更遠(yuǎn)或更快的時(shí)候，那么從數(shù)學(xué)上來說，此系統(tǒng)也能自我整理。在虎斑貓的例子中，抑制因子就是DKK4基因，但活化因子則不明。
圖靈并不知道活化因子或抑制因子會是什么；他甚至連有這兩種東西存在都不知道。但70年之后，在虎斑貓身上找到的這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)，是證明了圖靈說得沒錯(cuò)的諸多發(fā)現(xiàn)之一。
「我們總是認(rèn)為細(xì)胞在發(fā)育過程中會移動，但它們能在如此初期以這種立體的方式，用皮膚厚度決定斑紋分布……那真的很厲害?！拱彛畩W斯銓德（Elaine Ostrander）說，她在美國國家衛(wèi)生院位于馬里蘭州貝什斯達(dá)的國家人類基因體研究所（National Human Genome Research Institute）研究家犬的遺傳。
并未參與這項(xiàng)研究的奧斯銓德補(bǔ)充說，單純分析這類細(xì)胞「讓他們能將這些不同過程的某些部分拆解開來，而這一切，對最終獲得會出現(xiàn)在孩子們故事書中的花紋，都是很重要的?！?br>巴爾許的團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在認(rèn)為貓咪花色斑紋的產(chǎn)生是一種兩個(gè)階段的過程。首先，皮膚細(xì)胞會決定虎斑條紋是深色或淺色，然后再長出毛囊并制造色素。
借著研究這些過程在其他動物身上如何運(yùn)作──為何有些動物有條紋、有些沒有──團(tuán)隊(duì)希望能解開有色斑紋是如何演化出來的。巴爾許說，他們也可能會不小心找到看似跟毛皮斑紋無關(guān)的發(fā)現(xiàn)──就像是以前達(dá)爾文想像中那種看不見的差異。