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这种蜥蜴的斑点图案就像图灵预测的那样发生变化
发布日期:2017-04-17 14:46:38  稿源:cnBeta.COM

据外媒报道,随着年龄的增长有一种的特殊蜥蜴皮肤上的斑点图案会发生变化。而研究人员刚刚发现了管理这种特殊变化的数学规则。这种蜥蜴称为蓝斑蜥蜴,体长约76-89厘米,主要分布在欧洲。这种蜥蜴刚出生时皮肤呈棕色,带白点,但成年时这种蜥蜴则呈现出绿黑相杂的复杂图案。

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据本周发表在《自然》 杂志的一份研究报告显示,蜥蜴皮肤上的斑点图案可能会根据特定的数学模型而改变。奇怪的是,这种模式科学家认为的其他动物的斑纹形成机制有些不同。

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事实上,生物学模式形成的一个总体理论是由密码破译专家艾伦·图灵(Alan Turing)提出。大约在65年前,图灵曾提出一个假说,认为动物身上的重复模式如虎纹和豹斑点是在一对成形素(morphogen)共同作用下产生的。这对成形素称为“激活剂(activator)”和“抑制剂(inhibitor)”。通过一个被他称为“反应-扩散”的数学原理,这对成形素将会自发地自组织成斑纹、条纹、环纹、螺旋或是斑驳的斑点。

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科学家们仍然在弄清楚图灵机制中哪些特定的斑点和条纹会自发形成,实际的激活剂和抑制剂在生物中是如何发生的。但进化生物学家Michel Milinkovitch想看看图灵的模型是否也适用于蜥蜴如何改变其鳞片的颜色。

Milinkovitch和他的同事们三年时间里对蓝斑蜥蜴进行了扫描。他们发现了一些特别的东西:根据周围鳞片的颜色,鳞片会继续从绿色变成黑色,还是黑色到绿色。通常,绿色鳞片被四片黑色和两片绿色鳞片包围,而黑色鳞片被三片黑色和三片绿色鳞片包围。

Milinkovitch想起了20世纪40年代由John von Neumann提出的一种称为元胞自动机的数学模型。散布在规则格网中的每一元胞取有限的离散状态,遵循同样的作用规则。每个元胞的状态由周边元胞的状态决定。Milinkovitch想知道这个数学模型是否可能会出现在一个活的生物中:“如果每片鳞片都是根据周边鳞片的状态改变颜色呢?”当他和他的同事们进行观察后发现,他的猜测原来是对的。

但是图灵机制并非完全丧失。事实上,当Milinkovitch和他的同事调整他们的模型,以纳入鳞片的厚度,以及它们之间皮肤的薄度时,图灵的模型突然间发生作用:基本上,使用正确的参数,图灵的模型可以创建Neumann的元胞自动机——在生物的皮肤上。

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