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    圖案的產(chǎn)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(tài)發(fā)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(fā)散角為黃金角（137.50776o）的對螺旋曲線。這個發(fā)散角非常精確，當(dāng)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(shù)學(xué)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(shù)學(xué)？顯然，基因不懂得數(shù)學(xué)，葵花籽的排列方式和基因沒有直接的關(guān)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(yīng)－擴散方程。一個最為簡單而有效的應(yīng)用是在黏菌和網(wǎng)柄菌的生長時－空模式的研究上。人們甚至認為反應(yīng)－擴散方程是生命形態(tài)發(fā)生的基本方程。反應(yīng)－擴散類型的方程有一個重要特點是它們在短程上體現(xiàn)的是一個活化過程，而在長程上表現(xiàn)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(yīng)－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(yīng)－擴散體系的擴散系數(shù)和反應(yīng)速率常數(shù)的改變可以導(dǎo)致各式各樣非常復(fù)雜的圖樣。當(dāng)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(xiàn)人字型的花紋，有人說這是基因決定的，而計算發(fā)現(xiàn)，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(shù)學(xué)化的語言來說就是該處的邊界條件發(fā)生了變化而已。我們知道，每個斑馬身上的圖案是不同的，據(jù)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(dāng)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�？梢娺@是后天，非先天的基因所決定的。