从《乐一通》中的西尔维斯特到20世纪80年代的音乐剧《猫》中的米斯托弗利斯先生，一些最著名（尽管是虚构的）的猫都因其黑白燕尾服式的皮毛而具有鲜明的特征。以这种方式在皮肤和毛皮上出现白色斑块的猫被称为“双色”或“花斑”。花斑现象在包括狗、牛和猪、鹿、马在内的多种家畜和农场动物中也很常见，并且在人类中较为罕见。它是由名为“KIT”的基因发生突变引起的。
我们来自巴斯大学、爱丁堡大学和牛津大学的研究团队一直在努力解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的形成方式比最初认为的要随机得多。我们的发现对研究人类广泛的严重胚胎疾病（包括影响听力、视力、消化和心脏的疾病）具有重要意义。
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花斑现象通常表现为毛皮、头发或皮肤上由于这些区域缺乏产生色素的细胞而出现的白色区域。这些区域通常出现在动物的前部，通常在腹部和额头上。花斑图案是自然界中最引人注目的动物皮毛图案之一。
尽管花斑现象的影响相对较轻，但它是一系列更严重的缺陷之一，称为神经嵴病。这些疾病是由于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。这些疾病都与它们对一类称为神经嵴细胞的胚胎细胞的依赖有关。通过更好地了解花斑现象，我们可以提高我们对这些相关的更严重疾病的理解。
动物在还是发育中的胚胎时，皮肤上就会出现花斑色素沉着模式。当产生色素的细胞的前体在胚胎中错误地扩散时，就会出现花斑现象。在正常发育过程中，色素细胞从胚胎的背部附近开始，并扩散到其发育中的皮肤到腹部。当细胞扩散时，它们也会增殖，产生更多的细胞，其中一些细胞被留下以确保所有皮肤都着色。
然而，对于花斑现象，深色色素细胞没有及时到达腹部，为毛发和皮肤着色。这导致了独特的白色毛皮和皮肤斑块，通常在动物的腹部周围，这是它们开始的地方最远的点。人们长期以来一直认为色素细胞直接从背部迁移到前部，而前部缺乏色素沉着是由于色素细胞移动得不够快。
然而，我们发表在《自然通讯》上的研究结果描绘了一幅不同的图景。我们发现，如果说有什么不同的话，花斑动物的细胞迁移速度比正常动物快，但它们的分裂频率不高。这意味着根本没有足够的细胞来给发育中的胚胎的所有区域着色。
嵌合动物是由两个早期胚胎融合形成的。如果原始胚胎的颜色不同（例如，黑色和白色），嵌合动物通常具有条纹或斑驳的皮毛图案，是两种颜色的混合。以前，主要理论认为每条条纹都是由少量从后到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，以证明色素细胞是随机迁移的。这些细胞不像100米赛跑中的短跑运动员那样朝特定方向移动，而是像当地酒吧关门时摇摇晃晃地走出来的醉汉一样，几乎没有或没有持续性地移动。在一些嵌合小鼠身上看到的条纹图案可能仅仅是相同颜色的几组细胞偶然聚集在一起的结果。
使用我们的数学模型，我们可以探索和评估大量可能的替代生物学假设，以了解图案的形成。这为我们提供了仅靠实验无法获得的更深入的理解。这也意味着我们可以减少在这个重要研究领域中使用的动物数量。
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。这为我们提供了新的机会，可以更多地了解与早期细胞定位相关的疾病，包括导致某些类型的神经系统癌症和其他使人衰弱的疾病，如瓦登伯格综合征、巨结肠症和先天性中枢性低通气综合征（一种如果不治疗就会致命的呼吸系统疾病）。
Christian Yates 不为任何可能从本文中受益的公司或组织工作、咨询、持有股份或接受资助，并且除了上述学术任命外，没有披露任何相关的从属关系。
本文最初发表于The Conversation。阅读原始文章。