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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(lái)說明哪些似乎不是由基因直接決定的。

    第一個(gè)例子想說明基因無(wú)法直接解釋生物形態(tài)發(fā)生和生長(zhǎng)的過程。請(qǐng)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(duì)螺旋曲線。這個(gè)發(fā)散角非常精確，當(dāng)其略小于或略大于黃金角（±0.1o）時(shí)，葵花籽在盤上的排列就不緊密，有空缺。事實(shí)上，葵花籽的排列滿足這個(gè)特定的數(shù)學(xué)要求只不過是在生長(zhǎng)過程中為了達(dá)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(lái)，越來(lái)越多的事實(shí)表明，細(xì)菌的生長(zhǎng)、細(xì)胞的遷移和腸腔化過程等均滿足所謂的反應(yīng)－擴(kuò)散方程。一個(gè)最為簡(jiǎn)單而有效的應(yīng)用是在黏菌和網(wǎng)柄菌的生長(zhǎng)時(shí)－空模式的研究上。人們甚至認(rèn)為反應(yīng)－擴(kuò)散方程是生命形態(tài)發(fā)生的基本方程。反應(yīng)－擴(kuò)散類型的方程有一個(gè)重要特點(diǎn)是它們?cè)诙坛躺象w現(xiàn)的是一個(gè)活化過程，而在長(zhǎng)程上表現(xiàn)的是一個(gè)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(kuò)散方程的一個(gè)成功實(shí)例是在動(dòng)物皮毛花紋的計(jì)算。圖靈很早就注意到，反應(yīng)－擴(kuò)散體系的擴(kuò)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(gè)模型來(lái)描述色素在皮下的生成和擴(kuò)散時(shí)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(jì)算發(fā)現(xiàn)，其無(wú)非是因?yàn)閺母共康酵鹊母勘砥さ拿娣e突然減小的緣故，用數(shù)學(xué)化的語(yǔ)言來(lái)說就是該處的邊界條件發(fā)生了變化而已。我們知道，每個(gè)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(lái)進(jìn)行相互的識(shí)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(gè)實(shí)驗(yàn)的例子，即，當(dāng)斑馬在胚胎的時(shí)候在某個(gè)固定的地方施加一點(diǎn)摩擦刺激，認(rèn)為改變其色素分子在該局部的擴(kuò)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。