动物身上那些“完美的不完美”斑点和条纹究竟是如何形成的？

长期以来，斑点和条纹在自然界中具有多种功能，但这些精美图案究竟如何形成，始终困扰着科学家。此次，研究团队首次将数学模拟与真实生物过程结合，揭示了这些看似规则却总带有细微变化的天然花纹如何生成。

项目负责人、化学与生物工程系的Ankur Gupta指出，“自然界处处都是不完美。我们提出了一种简单理论，解释细胞如何聚集并创造出多样化的斑纹变化。”

早在2023年，该团队就提出基于图灵反应-扩散模型的新理论，并引入‘扩散泳动’（diffusiophoresis）物理过程，用于解释细胞或颗粒如何沿浓度梯度迁移。这一突破为解释热带鱼、蛇类等清晰花纹的形成提供了数学依据。然而，早期模型更像物理仿真，尚未完全模拟真实生物组织与色素细胞的行为，也无法解释自然界中花纹并非“完美复制”。

最新模型进一步完善，将细胞具象为有具体大小的个体，模拟它们在组织间的移动和分布。新算法生成的图案更加贴近现实动物，呈现出具有自然“瑕疵”、丰富层次的花纹。例如，色素细胞不会静止不动，而是会移动、分裂，并对化学梯度做出反应；此外，动物的真实体型也非规则平面，每一处弯曲与褶皱都会影响化学物质分布和斑纹走向。这些生物和物理机制的综合，成就了科学家所说的“美丽的不完美”。

Gupta表示，“只需要给细胞赋予尺寸，便能捕捉自然界的这些瑕疵与质感。”新模型为解释自然图案有序却又充满个性的现象提供了新的答案，并可能启发未来生物材料及智能表面设计的新思路。研究团队未来希望模拟更复杂的细胞和化学物质相互作用，进一步提升仿真效果。

Gupta补充道，“我们正从不完美的自然系统中汲取灵感，希望未来能将这些特质用于新型功能材料的研发。”该研究已发表在期刊《Matter》上。