雄性麗牛角魚。左下：魚的天然六邊形圖案特寫；下中：基于圖靈反應(yīng)擴散理論的魚紋模擬；右下：擴散電泳增強反應(yīng)擴散模擬。圖片來源：BIRCH水族館/斯克里普斯海洋學(xué)研究所/科羅拉多大學(xué)博爾德分校

科技日報北京11月9日電 （記者張夢然）大自然并不缺乏圖案。比如人們熟悉的豹子斑點、斑馬條紋，以及麗牛角魚的六邊形。但這些圖案如何形成的？一直以來都沒有完整的解釋。現(xiàn)在，美國科羅拉多大學(xué)博爾德分校的工程師證明，幫助去除衣物污垢的物理過程，也在熱帶魚獲得彩色條紋和斑點的過程中發(fā)揮作用。該研究結(jié)果發(fā)表在8日的《科學(xué)進展》雜志上。

1952年，數(shù)學(xué)家艾倫·圖靈曾提出一個關(guān)于動物如何獲得自身圖案的大膽理論。他假設(shè)，隨著組織的發(fā)育，會產(chǎn)生化學(xué)物質(zhì)，這些物質(zhì)通過組織擴散，其過程類似于將牛奶添加到咖啡中。

但是，圖靈機制雖然能產(chǎn)生圖案，卻不會擴散出清晰的圖案——當(dāng)牛奶擴散到咖啡中時，它會以模糊的輪廓向各個方向流動。

以麗牛角魚身上的圖案為例，這些圖案非常復(fù)雜，具有明顯的六邊形黃色輪廓。研究人員認(rèn)為，僅靠圖靈理論無法解釋，為此他們開始探索擴散電泳過程是否在自然圖案的形成中發(fā)揮著作用。

當(dāng)分子響應(yīng)濃度差異等變化而在液體中移動時，就會發(fā)生擴散電泳，并加速同一環(huán)境中其他類型分子的移動。這實際上就是衣物如何變干凈的方法。

用清水漂洗肥皂浸泡的衣服，比用肥皂水漂洗肥皂浸泡的衣服能更快地去除污垢，這是因為肥皂分子的運動會吸出污垢。當(dāng)衣服放入肥皂水中時，肥皂濃度沒有差異，污垢會留在原處。

此次研究人員使用圖靈方程對麗牛角魚皮膚進行了模擬。計算機生成了帶有模糊紫色點和微弱黑色輪廓的圖案，然后該團隊修改了方程納入擴散電泳模式，結(jié)果顯示，生成的圖案與魚身上看到的明亮而銳利的雙色六邊形圖案非常相似。

這意味著化學(xué)物質(zhì)像圖靈所描述的那樣通過組織擴散時，它們也會通過擴散電泳拖曳產(chǎn)生色素細(xì)胞，就像肥皂從衣物中去除污垢一樣，這些色素細(xì)胞形成輪廓更清晰的斑點和條紋。

這項研究不僅具有在工程和材料科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用潛力，還為研究擴散電泳在胚胎發(fā)育和腫瘤形成等生物過程中的作用提供了借鑒。