黑猫、白猫、虎斑猫，只要是猫统统都可爱，但你有没有想过，明明是同样父母生下来的，为何有的猫是纯色，有的却是条纹？而条纹到底是怎么来的？
斑点和条纹怎么来？
你有没有想过，虎斑猫的斑点与条纹是怎么来的？为什么明明是同样父母生下来的小猫，毛皮花色却不尽相同？当然这一切都是基因造成的──但基因是怎么运作的？
细胞一样，为何颜色不一样？
对斑马鱼之类的动物来说，之所以会出现条纹，是由于黑色素细胞（melanophore）与黄色素细胞（xanthophore）排列组合后造成，可是哺乳动物却大不相同：因细胞没有这种差异。
所以既然细胞相同，是什么决定虎斑猫毛皮是黑色或褐色，并形成大家眼中的条纹或斑点？
▲ 斑马鱼的条纹来自不同细胞的排列组合。（Source：Oregon State University, CC BY-SA 2.0, via Wikimedia Commons）
胚胎发育期就决定
今年8月31日，一群遗传学家在期刊《自然─通讯》（Nature Communications）刊登最新研究成果，指出猫咪有特定基因，就是让毛皮产生图案的关键。
且他们还发现，猫有没有斑纹是在身体表面的毛囊形成前，胚胎发育时期就决定好了。
未能彻底解答的谜题
研究作者巴许博士（Dr. Gregory S. Barsh）指出这应该是人类首度找出参与调控并影响猫咪班纹生成的可能分子，但成长中胚胎如何确定斑纹的样式“仍是未解的谜题”。
包含巴许，研究小组都来自阿拉巴马州的哈德森阿尔发生物技术研究机构（HudsonAlpha Institute for Biotechnology），或是史丹佛大学（Stanford University）医学院。
▲ 猫科动物中，老虎也有条纹。（Source：pixabay）
图灵发表的“反应─扩散系统”
巴许透露，小组研究基础可追溯至数学奇才图灵（Alan Turing）的开创性论文。
图灵以电脑科学和破译密码领域成就闻名，但1952年时，他发表过名为《形态发生的化学基础》（The Chemical Basis of Morphogenesis）论文，影响发育模式形成（pattern formation）等领域甚深，巴许认为这篇论文“为整个数理生物学奠定基础”。
图灵描述所谓的反应─扩散系统（Reaction-diffusion system），也就是在一包含两种分子的连续场域，借由分子扩散与相互影响，便能产生自然界各式复杂的纹路，如条纹（stripes）、斑点（spots）甚至螺旋（spiral），这些图案又称为“图灵纹”（Turing pattern）。
研究小组认为，“反应─扩散系统”让猫毛产生条纹，巴许也指出，他们已确认这个假设。
▲ 猫胚胎发育出毛囊前，就确定斑纹会长成怎样。（Source：pixabay）
野猫绝育机构提供胚胎
这份研究的材料取自野猫绝育机构，机构会捕捉野猫帮它们结扎，最后再让它们重新回归野外，但很多母猫绝育时已怀孕，还不及长大便摘除的胚胎，便被送到巴许和小组实验室。
厚薄错落的组织
小组成员之一麦高文博士（Dr. Kelly A. McGowan）指出，他们从超过200只未发育完成、处于不同发育阶段的幼猫胚胎，尝试寻找斑纹的痕迹。
最后，在约28~30天大的胚胎，他们发现胚胎皮肤的最外层，形成一层厚薄不一的组织，这些“厚”与“薄”组织后来会各自发育出不同类型黑色素的毛囊，进而让猫毛表现不同深浅、形成斑纹。也就是说，毛囊发育前，胚胎就确定斑纹会如何形成。
▲ 倘若Dkk4发生突变，猫毛条纹会更细，如阿比西尼亚猫就是经典例子。（Source：pixabay）
“你是黑色皮毛应该要生长的地方”
接下来，研究小组转而寻找是什么让组织厚薄不一。
胚胎发育中，“Wnt讯息传递路径”（Wnt signaling pathway）扮演十分重要的调控角色，研究小组一员的凯林（Christopher B. Kaelin）在约20天大的小猫胚胎，发现参与Wnt讯息传递路径的基因“Dkk4”（Dickkopf 4），就是关键因素。
小组指出，基因Dkk4活跃的组织区块较厚，颜色也较深。研究主持人巴许表示，这就像对周围其他细胞发出讯号：“你很特别，你是黑色皮毛应该要生长的地方。”
“Dkk4”和“Wnt”的平衡
基因Dkk4产生的蛋白质会抑制Wnt讯息传递，组织厚区与薄区Dkk4含量不一样：当Dkk4和Wnt两者取得平衡，猫毛会是深色；当Dkk4生成的蛋白质足以抑制Wnt，毛皮会变成浅色；倘若Dkk4发生突变，毛皮条纹会更细，细到成为新的花纹样式“细刺纹／多层色”（Ticked），如阿比西尼亚猫（Abyssinian）就是经典例子。
但根据现行研究，Dkk4如何触发活性、又是什么关键触发，都还未知。
▲ 小组希望研究目标延伸到其他哺乳类动物，如斑马和长颈鹿。（Source：Unsplash）
还有很多研究空间
研究小组强调，他们目前研究的只是“家猫品种多样性斑纹的一小部分”，且巴许透露，小组目标之一，是要弄明白毛囊生长时，这些厚薄不一的组织究竟如何转化成不同毛色。
除了家猫，小组还希望研究目标延伸到野生猫科动物，甚至其他哺乳类动物──像是斑马和长颈鹿。
“我们迄今观察仅限家猫，”巴许说：“家猫研究习得的分子运作机制，很有可能也适用野生猫科动物，但我们需要另外研究DNA，才能确认这点。”
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（本文由 地球图辑队 授权转载；首图来源：pasja1000, CC0, via Wikimedia Commons）
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