從《樂一通》中的西爾維斯特到20世紀80年代的音樂劇《貓》中的米斯托弗利斯先生，一些最著名（儘管是虛構的）的貓都因其黑白燕尾服式的皮毛而具有鮮明的特徵。以這種方式在皮膚和毛皮上出現白色斑塊的貓被稱為“雙色”或“花斑”。花斑現象在包括狗、牛和豬、鹿、馬在內的多種家畜和農場動物中也很常見，並且在人類中較為罕見。它是由名為“KIT”的基因發生突變引起的。
我們來自巴斯大學、愛丁堡大學和牛津大學的研究團隊一直在努力解開這些動物如何獲得其獨特圖案的謎團。我們發現，這些引人注目的色素圖案的形成方式比最初認為的要隨機得多。我們的發現對研究人類廣泛的嚴重胚胎疾病（包括影響聽力、視力、消化和心臟的疾病）具有重要意義。
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花斑現象通常表現為毛皮、頭髮或皮膚上由於這些區域缺乏產生色素的細胞而出現的白色區域。這些區域通常出現在動物的前部，通常在腹部和額頭上。花斑圖案是自然界中最引人注目的動物皮毛圖案之一。
儘管花斑現象的影響相對較輕，但它是一系列更嚴重的缺陷之一，稱為神經嵴病。這些疾病是由於組織發育缺陷引起的，可表現為心臟問題、耳聾、消化問題甚至癌症。這些疾病都與它們對一類稱為神經嵴細胞的胚胎細胞的依賴有關。透過更好地瞭解花斑現象，我們可以提高我們對這些相關的更嚴重疾病的理解。
動物在還是發育中的胚胎時，皮膚上就會出現花斑色素沉著模式。當產生色素的細胞的前體在胚胎中錯誤地擴散時，就會出現花斑現象。在正常發育過程中，色素細胞從胚胎的背部附近開始，並擴散到其發育中的皮膚到腹部。當細胞擴散時，它們也會增殖，產生更多的細胞，其中一些細胞被留下以確保所有皮膚都著色。
然而，對於花斑現象，深色色素細胞沒有及時到達腹部，為毛髮和皮膚著色。這導致了獨特的白色毛皮和皮膚斑塊，通常在動物的腹部周圍，這是它們開始的地方最遠的點。人們長期以來一直認為色素細胞直接從背部遷移到前部，而前部缺乏色素沉著是由於色素細胞移動得不夠快。
然而，我們發表在《自然通訊》上的研究結果描繪了一幅不同的圖景。我們發現，如果說有什麼不同的話，花斑動物的細胞遷移速度比正常動物快，但它們的分裂頻率不高。這意味著根本沒有足夠的細胞來給發育中的胚胎的所有區域著色。
嵌合動物是由兩個早期胚胎融合形成的。如果原始胚胎的顏色不同（例如，黑色和白色），嵌合動物通常具有條紋或斑駁的皮毛圖案，是兩種顏色的混合。以前，主要理論認為每條條紋都是由少量從後到前擴散的起始細胞產生的。
我們的研究結合了生物實驗和複雜的數學建模，以證明色素細胞是隨機遷移的。這些細胞不像100米賽跑中的短跑運動員那樣朝特定方向移動，而是像當地酒吧關門時搖搖晃晃地走出來的醉漢一樣，幾乎沒有或沒有持續性地移動。在一些嵌合小鼠身上看到的條紋圖案可能僅僅是相同顏色的幾組細胞偶然聚集在一起的結果。
使用我們的數學模型，我們可以探索和評估大量可能的替代生物學假設，以瞭解圖案的形成。這為我們提供了僅靠實驗無法獲得的更深入的理解。這也意味著我們可以減少在這個重要研究領域中使用的動物數量。
令人興奮的是，現在有可能使用相同的數學模型來研究早期發育過程中的其他細胞型別。這為我們提供了新的機會，可以更多地瞭解與早期細胞定位相關的疾病，包括導致某些型別的神經系統癌症和其他使人衰弱的疾病，如瓦登伯格綜合徵、巨結腸症和先天性中樞性低通氣綜合徵（一種如果不治療就會致命的呼吸系統疾病）。
Christian Yates 不為任何可能從本文中受益的公司或組織工作、諮詢、持有股份或接受資助，並且除了上述學術任命外，沒有披露任何相關的從屬關係。
本文最初發表於The Conversation。閱讀原始文章。