鱼身上的条纹是怎么长出来的？

你有没有想过斑马鱼是如何获得规则条纹的？最近，布朗大学的研究人员建立了一个数学模型，可以揭示斑马鱼标志性条纹的形成过程，让我们知道色素细胞如何渗透皮肤，以及它们如何随着斑马鱼的生长而变化。通过两者的结合，斑马鱼的条纹可以被保留下来~如果你想知道更多，皇家学会杂志上有一个关于这个模型的描述。

斑马鱼条纹的形成

在过去的几十年里，斑马鱼已经成为生物学研究者中非常流行的生物。小型淡水鱼可以在几个月内从透明胚胎成长为全尺寸胚胎，这让科学家有机会详细观察它们的成长。它们也有同样的名字，有深蓝色和亮黄色条纹的鱼。这些小伙伴的出现已经成为许多研究的主题，并且这些条纹已经被证明是黑素细胞、黄色色素细胞和银色闪光细胞之间相互作用的结果。

布朗大学应用数学系的研究生、这篇新论文的主要作者亚历山大·威克林说:

“这种条纹图案的形成会随着鱼的生长而动态变化。斑马鱼模式的形成是随着时间的推移和细胞间的相互作用而产生的。与一些色素细胞不同，斑马鱼的图案只能填充一些现有的无定形图案。

他想建立一个基于现代生物学的模型来模拟这个动态过程，这样斑马鱼条纹就不再是秘密了，想想吧，有一些小小的刺激和一些木头！

薛霸魏克宁建立的模型以细胞为个体，根据实验获得的一系列规律，模拟条纹图案形成的动态过程。它恰好包含两种类型的细胞，黑素细胞和黄色色素细胞，而第三种类型的细胞，彩虹细胞，虽然没有包括在模型中，它对其他两种类型细胞的行为的影响是毫无疑问的。

起初，黑素细胞和黄色色素细胞模拟几周大的鱼的细胞排列，然后模型域以接近鱼生长的方式生长。随着模型域的增长，新细胞模拟干细胞(即那些鱼“色素”的生产基地)，从现有的色素细胞中获得细胞类型。当然，这些信号来自附近和远处的细胞。用活鱼做的实验表明，长距离和短距离通信非常重要。在这个模型中，我们发现如果一个新的干细胞被黑色细胞包围，并且其相邻的条纹区域是黄色的，那么它更有可能变成一个黑色细胞，这就是所谓的“朱者赤附近的黑色和墨水附近的黑色”。对于氯金酸细胞也是如此。死亡是由类似的机制控制的。如果黑色细胞被明亮的细胞所包围，或者周围没有足够的嗜氯细胞，死亡的概率就更高。没有伴侣，你会孤独终老吗？

实验表明，色素细胞可以在鱼的皮肤表面短距离移动。因为该模型可以捕捉相同的动态，所以可以认为色素的移动是由于接收到周围细胞传递的信号。在该模型中，所有细胞相互排斥，但异型细胞比同型细胞具有更强的排斥效应。如果有排斥，就会有运动。否则，你还得留下来？这些运动信号是怎么来的？它们来自色素细胞周围的细胞。

如果我们将这些规则应用于正常生长时期的活鱼，那么这个模型可能会成功地重现实验中看到的条纹形成过程，甚至重现生物学家对干涉条纹形成所做的各种实验结果，这是非常有力和罕见的！此前，科学家通过在鱼类生长的早期阶段去除色素细胞来观察去除色素细胞对鱼类生长的影响。然而，实验表明，当这些细胞被去除后，鱼继续生长成椭圆形斑点而不是条纹。当然，这个模型也能再现这些效果。

只要他们有能够复制实际实验的模型，研究人员就可以测试不同的细胞动力学如何影响条纹的形成。

“我们还不确定出生和死亡对这种细胞运动的影响。你想知道哪个角色？？”布朗大学应用数学系主席、该论文的合著者Bjornsand Stander说:“我们在模型中能做的是关闭两者之一，看看我们得到了什么(但不一定是现实中的)。

该模型显示，随着色素细胞停止运动，细胞形成的椭圆形斑点不再具有特定的方向。然而，随着色素细胞代谢的停止，细胞将形成紧密堆积的斑点，而不是有序的条纹。从综合的角度来看，在条纹图案形成的过程中，色素细胞运动和起始细胞活性的相互依赖的动力学非常明显。

桑德斯坦认为像这样的模拟非常重要。毕竟，它们为我们提供了一个研究自然的窗口。有了它们，我们可以知道这些复杂的图案和结构是如何形成的。令人惊讶的是，我们看到的任何生物在开始时只是一个卵母细胞——一个在狭窄空间开始分化的圆形结构，但在最后却有一个像我们一样复杂的空间结构？你不想知道吗？他说:“我认为尝试理解空间分化的过程非常重要。斑马鱼和它们的条纹是一个很好的模型，因为你可以根据现有的知识识别不同的细胞以及它们在这个过程中在做什么。

Vicinen还表示，她计划继续改进模型，以便更好地捕捉当前模型中未直接包含的彩虹细胞对其他细胞的影响，并希望该模型可用作未来活鱼实验的指南。毕竟，这个模型的优点之一是它可以在六分钟内完成。你知道，在实际情况下养鱼需要几个星期。一瞬间感觉很方便。有许多树和树林。

蝌蚪君编译自phys.org，译者阳光，转载时必须注明来自蝌蚪工作人员