动物身上的条纹和斑点是怎样形成的？

大自然并不缺乏各色各样的美丽图案，比如豹子的斑点，斑马的条纹，箱鲀鱼（Boxfish）的六边形图案，不一而足。但针对这些图案是如何形成的这个问题，仍缺少一个完整的解释。一项新研究发现，被称为扩散电泳的物理过程在其中扮演了重要角色。

科罗拉多大学博尔德分校的工程师们发现，去除衣物上的污垢与热带鱼获得彩色条纹其实是同一个物理过程。其研究结果发表在11月8日的《科学进展》（Science Advances）期刊上。

论文首席作者、化学与生物工程系的本科生研究员本杰明‧阿莱西奥（Benjamin Alessio）说：“许多生物学问题从根本上讲都归于同一个问题：当一切都从一个球形细胞团开始时，生物体如何发展出复杂的图案和形状。”“我们的工作使用简单的物理和化学机制来解释复杂的生物现象。”

生物学家认为，许多动物以皮毛图案来伪装自己或吸引配偶。例如，虽然基因编码含有诸如豹子皮毛上的斑点颜色这类信息，但仅靠遗传学并不能解释这些斑点到底是如何形成的。

1952年，在生物学家发现DNA双螺旋结构之前，现代计算科学的奠基人、数学家艾伦‧图灵（Alan Turing）提出了一个关于动物如何获得各种图案的大胆理论。

图灵假设，随着生物组织的发育，会产生各种化学物质。这些物质会通过生物组织进行扩散，其过程类似于将牛奶添加到咖啡中的情形。其中某些物质相互反应，会形成斑点。而其它的则会抑制上述能形成斑点的化学物质的扩散和反应，从而在斑点之间形成空白。图灵的理论表明，这种简单的“反应-扩散”（reaction-diffusion）模式无需复杂的遗传过程，就足以解释生物图案形成的基础过程。

“图灵机制当然可以产生图案，但扩散不会产生清晰的图案。”化学与生物工程系助理教授、新研究的通讯作者安库尔‧古普塔（Ankur Gupta）说。例如，当牛奶扩散到咖啡中时，会以模糊的轮廓向各个方向流动。

当阿莱西奥参观圣地亚哥的博趣水族馆（Birch Aquarium）时，箱鲀鱼身上的复杂图案具有非常鲜明清晰的边界，这给他留下了深刻的印象。它由一个紫色的点组成，周围有一个明显的六边形黄色轮廓。他认为，仅靠图灵的理论无法解释这些六边形的清晰轮廓。但这种图案让他想起了他一直在进行的计算机模拟，其中的粒子确实会形成类似的清晰条纹。阿莱西奥是古普塔研究小组（Gupta research group）的成员，他想知道被称为“扩散电泳”（Diffusiophoresis）的过程是否在自然图案的形成中发挥著作用。

当分子由于浓度差异而在液体中移动时，就会发生所谓的扩散电泳，并加速同一环境中其它类型分子的移动。虽然对于普通人来说这似乎是一个晦涩的概念，但实际上这就是使衣物变得干净的方法。