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新手已上路木蟲(chóng) (職業(yè)作家)
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動(dòng)物條紋的數(shù)學(xué)模型
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老虎的背部本可以像一塊空白的畫(huà)布一樣，什么圖案都沒(méi)有，但是大自然卻為這種大型貓科動(dòng)物畫(huà)上了平行的條紋，這些條紋間的距離均等并且和脊柱垂直�？茖W(xué)家們并不十分清楚這些條紋是怎樣形成的，但是自從20世紀(jì)50年代起，數(shù)學(xué)家們便開(kāi)始模擬可能的機(jī)制了。哈佛大學(xué)的研究人員把這一系列的模型都整合成了一個(gè)單獨(dú)的方程，以此來(lái)探明是哪些變量控制了生物條紋的形成，該研究的論文于12月23日發(fā)表在《細(xì)胞系統(tǒng)》（Cell System）上。 “我們想得到一個(gè)非常簡(jiǎn)單的模型，但希望它范圍足夠廣，并能同時(shí)容納各種不同的解釋。”論文的第一作者Tom Hiscock 說(shuō)道，他是哈佛醫(yī)學(xué)院Sean Megason系統(tǒng)生物實(shí)驗(yàn)室的博士生�！拔覀儸F(xiàn)在需要弄清楚分子、細(xì)胞以及機(jī)械假說(shuō)有什么共同之處，弄清楚這些后我們就會(huì)知道用什么樣的實(shí)驗(yàn)區(qū)分它們了�！� 數(shù)學(xué)上為條紋建模是極其簡(jiǎn)單的（而且很多有關(guān)這個(gè)課題的早期工作都是阿蘭·圖靈（Alan Turin）完成的）當(dāng)相互作用的物質(zhì)，比如色素、化學(xué)物或某種細(xì)胞出現(xiàn)濃度波動(dòng)的時(shí)候，圖案就顯現(xiàn)出來(lái)了。但圖靈的模型沒(méi)有解釋為什么條紋會(huì)一致保持著特殊的方向。 Hiscock 的研究主要的目標(biāo)是在條紋方向的問(wèn)題。比如說(shuō)，為什么老虎的條紋是垂直于身體的，而斑馬魚(yú)的條紋是水平的。他整合的模型帶來(lái)到的一個(gè)巨大的驚喜就是，只要對(duì)模型進(jìn)行一點(diǎn)小小的改變就可以改變條紋的方向。但我們目前不清楚這一過(guò)程是如何在生物身上實(shí)現(xiàn)的，比如是什么變量使得老虎的條紋呈現(xiàn)出豎直狀態(tài)？ “我們可以用這個(gè)簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)方程來(lái)描述條紋形成過(guò)程中發(fā)生了什么，但是我想我們還不能精確知道具體是什么分子或是細(xì)胞能夠?qū)е聴l紋的形成。”Hiscock 說(shuō)道。有些基因突變可以讓斑馬魚(yú)不形成條紋，而是產(chǎn)生斑點(diǎn)。“但是問(wèn)題在于那一個(gè)巨大的互相作用網(wǎng)絡(luò)，所以任何參數(shù)的變化都會(huì)導(dǎo)致圖案的改變�！彼a(bǔ)充道。 他主要的模型預(yù)測(cè)了三種可能會(huì)影響條紋走向的擾動(dòng)因素：一個(gè)是“生產(chǎn)梯度”（production gradient）的改變，它會(huì)增大條紋圖案的密度；第二個(gè)是“參數(shù)梯度”（parameter gradient），它會(huì)導(dǎo)致與條紋形成有關(guān)的一個(gè)參數(shù)的改變；最后一個(gè)是分子、細(xì)胞的物理排列方向，或條紋的機(jī)械起源。 雖然這篇論文是基于理論研究的，但是Hiscock 相信很快就能借助實(shí)驗(yàn)工具，驗(yàn)證生物系統(tǒng)的條紋形成機(jī)制是否遵循該數(shù)學(xué)模型。（翻譯：柯奎宇 審稿：林然） |
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