PRL速递：反应扩散模型预测蜥蜴鳞片颜色变化

关键词：反应扩散过程，图灵斑图，空间离散化

论文题目：Simple Reaction-Diffusion Modeling Predicts Inconspicuous Neighborhood-Dependent Color Subclustering of Lizard Scales论文地址：https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevX.13.041011

豹子不能改变身上的斑点，但一些蜥蜴却可以随着成长改变鳞片的颜色。例如，斑点蜥蜴的鳞片在成熟过程中会在绿色和黑色之间来回切换，然后最终形成一种迷宫状的、具有短程有序性的排列。近日发表于PRL上的一项最新研究通过对这一过程进行动态建模发现，这些看似二进制的鳞片构型实际上隐藏着一种基于颜色渐变的次级图案，肉眼难以察觉。

研究者之前曾使用基于晶格的模型研究斑点蜥蜴鳞片的发育模式，其中鳞片被限制为两种离散状态（绿色或黑色），因为动物的组织形态使得鳞片表现出类似晶格位点的行为。这项新工作采用了一种连续状态的反应扩散模型，与1952年图灵提出的模型类似。斑点蜥蜴鳞片的结构有效地对这个模型进行了空间离散化。但现在，每个鳞片可以根据与其邻居的相互作用从一系列不同的色调中“选择”。

从随机构型开始，该模型预测了绿色和黑色鳞片的稳定排列，类似于离散状态模型产生的排列。但与离散情况中只有两种颜色不同，在反应扩散模型中，每个看似单色的聚类都包含了略有不同色调的子聚类。这些微妙的次级图案在斑点蜥蜴中以前是未知的，新研究使用高光谱成像技术确认了图案的存在。这些结果表明有时候可以用数学方法高效地定量研究生物学。

图1. 离散反应扩散模拟表明依赖邻居的鳞片颜色聚类。

图2. 几何扰动增加子集群的散射。四种不同几何中黑色和绿色集群的稳态子集群。

编译｜梁金

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