科学家深入研究猫胚胎 揭示虎斑猫独特斑纹的惊人起源

在美国近6000万只宠物猫中，经典的条纹虎斑猫尤其受欢迎。

虎斑条纹源自家猫的直系祖先近东野猫。

据《国家地理》报道（JOANNA KLEIN 撰稿，钟慧媛编译）： 科学家们通过研究猫胚胎，发现了家猫身上独特标记的惊人起源。

美国近6000万只宠物猫中最受欢迎的一种是经典虎斑猫——，它有条纹、圆点和漩涡，猫额头上的皮毛图案看起来像大写的M。

尽管虎斑猫（例如加菲猫）很受欢迎，但科学家们对它们如何获得独特的外观知之甚少。

在《自然通讯》杂志上周发表的一项研究中，科学家观察到，在猫的皮毛开始发育之前，产生虎斑图案的基因在猫胚胎皮肤的皮肤细胞中被激活。在显微镜下，甚至可以看到这些早期皮肤细胞模仿虎斑条纹，这是在胚胎细胞上从未见过的发现。

作者推测，这种独特的遗传过程可能与野猫产生标记和起源的机制相同。 “老虎”一词在英语中是虎斑猫的意思，源自巴格达的一个地区al-'Attabiyya。该地区于16 世纪开始生产条纹细丝塔夫绸，但虎斑条纹本身可能源自家猫的直系祖先——条纹近东野猫。

研究负责人、哈德森阿尔法生物技术研究所所长格雷格巴什(Greg Barsh) 表示：“对世界多了解一点是有益的。”生物技术；阿拉巴马州亨茨维尔的一个研究机构。但这项研究在另一个层面上也令人惊讶，他说：“生物学一遍又一遍地使用同一套工具，因此很难找到在许多其他情况下没有得到更广泛使用的东西。”情况就是这样。”

家猫毛色和质地背后的遗传学长期以来一直激起科学家的好奇心。达尔文曾经提出，聋猫大多是蓝眼睛的白猫。他说，在发育过程中，物种有时会发生微小的、无关紧要的变化，例如毛色，因为这些变化与其他更有用的变化有关。

他补充说，有些变化我们根本看不到。他对现代遗传学一无所知，但事实证明他是对的：这是一种遗传性基因异常。

不同类型的猫细胞

由于需要道德认可的研究方案，巴尔什、斯坦福大学遗传学家克里斯托弗凯林和哈德逊阿尔法大学的高级科学家凯利麦高恩从对流浪猫进行绝育的兽医诊所收集了近1000 个本来会被丢弃的胚胎；许多猫被带到诊所时已经怀孕了。

当McGowan 在显微镜下检查25 至28 天胚胎的皮肤细胞时，她注意到较厚的皮肤区域散布着较薄的区域，形成了临时的毛色图案，与成年猫虎斑图案非常相似。

她最惊讶的是在胚胎发育的如此早期阶段就看到了这样的模式。毛囊和色素是动物皮毛颜色的关键，直到很久以后才出现。

为了仔细观察，研究小组分析了胚胎中的单个皮肤细胞，发现了两种不同类型的细胞，每种细胞都表现出一组不同的基因。这些基因中，最不同的是专门命名为“Dickkopf WNT Signaling Pathway Inhibitor 4”的基因，即DKK4。

他们观察了20 天左右的胚胎，观察细胞如何表现出DKK4，并发现所涉及的细胞在几天后会形成更厚的皮肤纹。

Balsh 解释说，DKK4 也是一种信号蛋白，称为“分泌分子”，向周围细胞发出信号，基本上是在说：“你很特别。你会长出黑发。”区域。”

当一切按计划进行时，带有DKK4 基因的细胞最终会出现深色斑纹，从而使虎斑猫成为虎斑猫。但突变经常发生，导致其他毛色和图案，例如白点或较细的条纹。色素沉着还可能导致其他情况：例如，当本应产生其他颜色的色素细胞只产生黑色素时，就会导致完全黑色的皮毛。

自然发生的纹理发展

为了准确了解这些细胞如何在猫身上产生标记，研究小组向计算机科学家和数学生物学创始人艾伦图灵寻求帮助。 1952 年，图灵描述了一种用数学方法解释纹理如何自然出现的方法。

他的理论称为“反应扩散”，预测在胚胎发育过程中，抑制剂和激活剂等分子（在猫的例子中由基因产生）以不同的速率从一个细胞移动到另一个细胞（即扩散），系统可以自行组织。因此，当抑制器比激活器扩散得更远或更快时，系统就会在数学上自行解决。对于虎斑猫，阻遏物是DKK4 基因，但激活物未知。

图灵不知道什么是激活剂或抑制剂；他甚至不知道两者的存在。但70 年后，虎斑猫的发现成为证明图灵正确的众多发现之一。

“我们一直认为细胞在发育过程中会移动，但它们可以在如此早期的阶段利用皮肤厚度以如此三维的方式确定标记的分布.这真是太神奇了。”伊莱恩奥斯邦德奥斯特兰德(Elaine Osbund Ostrander) 在马里兰州贝塞斯达美国国立卫生研究院国家人类基因组研究所研究家养狗的遗传学。

奥斯特兰德没有参与这项研究，他补充说，简单地分析细胞“就可以让他们分解这些不同过程的各个部分，所有这些对于最终出现在儿童故事书中的结果至关重要。”模式中的模式非常重要。”

巴尔什的团队现在认为，猫的标记的发展是一个两个阶段的过程。首先，皮肤细胞决定虎斑条纹是深色还是浅色，然后生长毛囊并制造色素。

通过研究这些过程如何在其他动物身上发挥作用——为什么有些动物有条纹而另一些动物没有——研究小组希望揭示彩色标记是如何进化的。巴尔什说，他们也可能意外地发现似乎与毛皮标记无关的发现——达尔文之前想象的那种看不见的差异。