为什么有些猫看起来像穿着燕尾服

从《疯狂曲调》中的西尔维斯特到 1980 年代音乐剧中的米斯托菲利斯先生，一些最著名的猫（尽管是虚构的）都拥有独特的锐利外观，这要归功于它们黑白相间的燕尾服式皮毛。皮肤和毛皮上带有这种白色斑块的猫被称为双色猫或花斑猫。花斑猫在一系列家养和农场动物中也很常见，包括狗、牛和猪、鹿、马，在人类中出现得较少。它是由一种名为 KIT 的基因突变引起的。

我们来自巴斯大学、爱丁堡大学和牛津大学的研究人员团队一直在努力揭开这些动物如何获得其独特图案的谜团。我们发现这些引人注目的色素图案形成的方式比最初想象的要随机得多。我们的发现对研究人类各种严重的胚胎疾病具有重要意义，包括影响听觉、视力、消化和心脏的疾病。

斑驳症通常表现为皮毛、毛发或皮肤上出现白色区域，这是因为这些区域缺乏产生色素的细胞。这些区域通常出现在动物的前部，通常是腹部和前额。斑驳图案是自然界中最引人注目的动物皮毛图案之一。

虽然斑驳症的影响相对较轻，但它是一系列更严重的缺陷之一，称为神经嵴病。这些疾病是由组织发育缺陷引起的，可表现为心脏问题、耳聋、消化问题甚至癌症。这些疾病都与它们依赖于一种名为神经嵴细胞的胚胎细胞家族有关。通过更好地了解斑驳症，我们可以提高对这些相关且更严重的疾病的认识。

动物在胚胎发育过程中，皮肤上就会出现斑驳的色素沉着图案。斑驳症是由于色素生成细胞的前体在胚胎中错误扩散而产生的。在正常发育过程中，色素细胞从胚胎背部附近开始，通过发育中的皮肤扩散到腹部。随着细胞的扩散，它们也会繁殖，产生更多的细胞，其中一些细胞会留下来，以确保整个皮肤都有色素。

然而，在斑驳症中，深色色素细胞无法及时到达腹部，无法为毛发和皮肤着色。这导致毛发和皮肤上出现明显的白色斑块，通常出现在动物腹部周围，这是距离它们开始位置最远的地方。长期以来，人们一直认为色素细胞直接从背部迁移到前部，而前部缺乏色素是因为色素细胞移动速度不够快。

然而，我们发表在《自然通讯》上的研究结果却描绘了一幅不同的画面。我们发现，如果有的话，花斑动物的细胞迁移速度比正常动物快，但它们的分裂频率却没有正常动物高。这意味着，根本没有足够的细胞来为发育中的胚胎的所有区域着色。

嵌合体动物是由两个早期胚胎融合而成的。如果原始胚胎的颜色不同（例如黑色和白色），嵌合体动物的皮毛图案通常为条纹或斑驳状，两种颜色混合。此前，主流理论认为，每条条纹都是由少量从后向前扩散的起始细胞产生的。

我们的研究结合了生物实验和复杂的数学建模，证明了色素细胞的迁移是随机的。色素细胞的移动方向与百米赛跑中的短跑运动员不同，它们移动时几乎没有或完全没有持续性，就像醉汉在酒吧打烊时摇摇晃晃地走出一样。一些嵌合小鼠身上的条纹图案可能只是几组相同颜色的细胞偶然聚集在一起的结果。

利用我们的数学模型，我们可以探索和评估大量可能的模式形成生物学假设。这让我们能够更深入地了解模式形成，而这仅靠实验是不可能实现的。这也意味着我们可以减少在这个重要研究领域实验中使用的动物数量。

令人兴奋的是，现在有可能使用相同的数学模型来研究早期发育过程中的其他细胞类型。这为进一步了解与早期细胞定位相关的医疗状况创造了新的机会，包括那些导致某些类型的神经系统癌症和其他衰弱性疾病（如瓦登伯格综合征、先天性巨结肠和 Ondine's curse，一种如果不及时治疗就会致命的呼吸系统疾病）的医疗状况。

本文最初发表于 The Conversation。阅读原文。