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    圖案的產生并不需要基因

    我想通過一些例子來說明哪些似乎不是由基因直接決定的。

    第一個例子想說明基因無法直接解釋生物形態發生和生長的過程。請注意我這里用的“直接”二字，含義是如果我們能夠直接解釋了，那么過程的黑匣子就被打開了。比如向日葵盤上葵花籽的排列很奇怪，是一組滿足發散角為黃金角（137.50776o）的對螺旋曲線。這個發散角非常精確，當其略小于或略大于黃金角（±0.1o）時，葵花籽在盤上的排列就不緊密，有空缺。事實上，葵花籽的排列滿足這個特定的數學要求只不過是在生長過程中為了達到密堆積的效果而已。我常開這樣的玩笑：難道葵花基因懂得數學？顯然，基因不懂得數學，葵花籽的排列方式和基因沒有直接的關系，而是物理在起作用。

    近年來，越來越多的事實表明，細菌的生長、細胞的遷移和腸腔化過程等均滿足所謂的反應－擴散方程。一個最為簡單而有效的應用是在黏菌和網柄菌的生長時－空模式的研究上。人們甚至認為反應－擴散方程是生命形態發生的基本方程。反應－擴散類型的方程有一個重要特點是它們在短程上體現的是一個活化過程，而在長程上表現的是一個擬制過程，因此也常常被稱為是“活化－抑制模型”。

    或許反應－擴散方程的一個成功實例是在動物皮毛花紋的計算。圖靈很早就注意到，反應－擴散體系的擴散系數和反應速率常數的改變可以導致各式各樣非常復雜的圖樣。當采用這個模型來描述色素在皮下的生成和擴散時取得了很大的成功。例如，在斑馬腿的跟部與腹部的交界處總是出現人字型的花紋，有人說這是基因決定的，而計算發現，其無非是因為從腹部到腿的跟部表皮的面積突然減小的緣故，用數學化的語言來說就是該處的邊界條件發生了變化而已。我們知道，每個斑馬身上的圖案是不同的，據稱斑馬互相之間靠其皮毛上的條紋的不同來進行相互的識別。那么每頭斑馬的條紋是否完全由其基因所決定呢？答案是否定的。有個實驗的例子，即，當斑馬在胚胎的時候在某個固定的地方施加一點摩擦刺激，認為改變其色素分子在該局部的擴散行為，則其圖案明顯不同。可見這是后天，非先天的基因所決定的。