拔光斑馬所有的毛,它究竟是白馬還是黑馬?

2019-11-08   SME科技故事


曾經聽說過一個斑馬效應。對於同一匹斑馬的顏色,你可以說,它本來是白色的,只是身上長滿了黑色的條紋。但他也可以認為,斑馬的底色是黑色,是白色的條紋才讓它成了斑馬。這個效應揭示了一個道理,用不同角度看問題會有不同的結果。

但回到現實生活中,這個斑馬效應顯然是不成立的。因為斑馬顏色,並非一個模稜兩可的答案。將斑馬的毛剃光了就能發現真相,它們的底色其實是黑色的。

其實,斑馬與斑馬線的呈色邏輯差不多。我們在馬路上看到的斑馬線,是用白色塗料畫在深色的路面上。這一點,我們從斑馬光滑無毛的黑色嘴唇,就能見端倪。

實際上,在胚胎早期,斑馬是全身黑色的。也就是說,炫酷的黑才是它們的本色。到了胚胎後期,因為選擇性色素沉著的原因,白色的條紋才會顯現出來

但與路上的斑馬線不同的是,斑馬黑色的皮膚上其實會同時出現黑毛和白毛。這兩種截然不同顏色的毛髮相間,才形成了斑馬獨特的條紋。

近距離觀察斑馬,可以同時看到白毛和黑毛

那其他動物呢?他們千奇百怪的毛髮底下,究竟還藏著什麼秘密?我們再來猜猜,同樣是黑白色的大熊貓,它們真實的膚色是怎樣的?

其實大熊貓在毛髮還長齊的有段時間,皮膚看上去就是黑白相間的大熊貓模樣。它們的四肢是黑色的,也有兩個碩大的黑眼圈。

那這是不是說,大熊貓的皮色和毛色就是一致的?抱歉,也不是。稍大點,它們皮毛下的皮膚就會變成白色了。也就是說,成年大熊貓,是白肉底的

曾經有一隻大熊貓,因為太皮與同伴打鬧把自己的腿給弄骨折了。獸醫將其後肢的毛髮剃掉後治療的圖片,還一度在網絡走紅,被大家嘲笑了一番。

而幼崽時期,我們看到的黑色四肢和眼圈,其實是皮下即將生長黑色毛髮的毛囊細胞顏色。另外,更早期的大熊貓寶寶,也是通體粉色的。

但扒開老虎的毛,我們看到的卻是另一幅景象。它們和表里不一的大熊貓不同,這種大貓就連皮膚底下,都保留著霸氣的花紋

此外,雪豹剃了毛之後就會發現,它的斑紋就像被「紋」在了皮膚上一樣。

然而大多數時候,同樣是貓科動物,你把你家的貓剃光了都難看到其皮膚上的花紋。

被剃毛的大橘

狗也一樣。

那麼,是什麼決定了動物的皮色和毛色?儘管,決定毛髮顏色和皮膚顏色的都為黑素細胞。但哺乳動物的皮色不一定是統一的。

在胚胎髮育過程中,黑素母細胞(melanoblast)會從神經嵴遷徙並準確定植在皮膚和毛囊球部,它們分別被稱為表皮黑素細胞毛囊黑素細胞

皮膚上的表皮黑素細胞

先說皮膚,我們的表皮共有五層,分別為角質層、透明層、顆粒層、棘層和基底層。其中,表皮黑素細胞就位於皮膚表皮最底部的基底層,會突起觸及棘層。

表皮黑素細胞內的黑素體,在酪氨酸酶的作用下能將酪氨酸轉化為黑色素。當黑素體內充滿了黑素後,便可被稱黑素顆粒。

之後,這些黑素顆粒,便會移行到細胞突起末端,然後被輸送到鄰近的細胞內。

在正常人體表皮上,一個黑色素細胞大約就能顧及數十個角質形成細胞。而我們皮膚的顏色,正來自源於角質形成細胞內存儲的黑色素。存儲的黑色素越多,皮膚也就越深色。

另外,這些黑色素還能遮擋和反射紫外線,以保護其他細胞免受輻射鎖上。

而決定發毛顏色的,則主要是毛囊黑素細胞。位於毛囊最底部的毛囊球體內,有著大量的毛母細胞,這些毛母細胞能不斷增殖分裂,使我們的頭髮得以呈周期性增長。

但給毛髮著色這活兒,還得靠毛囊球體附近的毛囊黑素細胞。在頭髮增長的同時,它能給新長出的頭髮提供黑色素,為頭髮「染色」。

毛囊黑素細胞示意圖

不過,無論是表皮黑素細胞和毛囊黑素細胞,它們都能產生兩種黑色素,分別為真黑素(eumelanin,顏色為黑)和褐黑素(oheomelanin,顏色為棕紅)。

兩種黑色素的含量以及比例不同,毛髮和皮膚也會呈現出不同的顏色。例如,真黑素主要決定毛髮的深淺,而褐黑素則使頭髮呈紅色或者橙色。

以毛色豐富的寵物狗來看,它們身上所有黑色部分均受真黑素的影響。而主要產生真黑素的寵物狗,往往是黑色系的。

當然,受複雜的基因調控,真黑素的濃度不同也會讓狗呈現不同的毛色,如棕色、藍灰色或是丁香色等稀釋色。

相反,主要產生褐黑素的狗,發色則多為紅色系的,如深紅色、橘黃色、淺奶油色以及金黃色等。

不過,大多數時候,狗的被毛中都會同時含有真黑素和棕黑素。有時候,在同一根毛髮上擁有的兩種色素還是有規律的,以一段深一段淺地交替著。而這主要受agouti基因控制,該基因也被稱為環紋基因。

這類狗狗的毛色,寵物愛好者常常會稱之為「貂色」。

貂色柯基犬

而在寵物貓中,這類由環紋基因調控的毛色,則會被稱為「漸層」,如金漸層、銀漸層等。

金漸層英短

從形成機制來看,毛髮和皮膚的顏色,確實都由黑色素細胞和黑色素種類及其濃度的不同等決定。但其背後,卻由多個不同基因共同調控著,非常複雜。

而目前所知,已經有150多個與毛色相關的基因被識別。全身上下哪裡給什麼顏色、怎麼給、比例多少以及濃度多高都會有很大差異。這也叫選擇性色素沉著。

例如,我們頭頂就長著烏黑的頭髮,但剃掉頭髮後皮膚卻不是黑色,甚至還比其他部位白皙。原因是人皮膚在新生兒期之後,表皮黑素細胞就比較少在有毛區的表皮存活了。再如白毛的寵物狗,其實是因為毛幹缺乏黑色素,而顯現出乾淨的白色。但它們的鼻頭和嘴邊依然會受黑色素的影響,被染成了黑色。

但若是所有的黑色素原料——酪氨酸酶出現問題,則會引起黑色素合成障礙所致的白化病。這類人和動物會因為缺乏黑素色而全身皮膚、毛髮都變成白色,眼睛則會變紅。

是的,黑色素還決定著眼睛的顏色。因為幾乎沒有黑色素的生成,白化病人的虹膜會接近半透明狀,而雙眼呈現的紅色或粉色其實是從視網膜反射出來的。這種現象,與閃光燈拍照出現的紅眼(紅光反射)有些類似。

動物的皮毛顏色,其實充滿了人類難以參透的秘密。而最神奇的,莫過於北極熊的毛色和膚色。如果說北極熊的毛是白色的,沒多少人會有異議。但事實上,這一說法並不準確,更確切來說它們的毛其實是接近透明的

動物毛髮中的色素主要存在於中間的皮質層,但將北極熊的「白毛」放在掃描電子顯微鏡下就會發現,北極熊的毛除了幾乎沒有黑色素以外,它們還是空心結構的。

而我們肉眼之所以看成「白色」,是因為毛管的內表面較為粗糙,能將入射光線折射得較為凌亂。

左:掃描電鏡下的北極熊毛橫截面;右:顯微鏡下的北極熊毛

這種中空且透明的小管,是非常巧妙的。紫外線能夠輕送地透過北極熊的毛髮射入皮膚。這能幫助北極熊在寒冷的極地大量地收集來自太陽的熱量,讓其能抵禦嚴寒。

除此之外,北極熊透明的毛下還藏著一身黑色的皮膚。這點從它們的鼻頭和爪墊就能看出。而有了這一襲黑色的皮,就更有利於它們吸熱了。當陽光透過透明的皮毛照射到皮膚上,黑色的皮膚則能幫助吸收更多的熱量。

由此可見,動物的毛色並非只是「偽裝色」那麼簡單。例如,我們到現在還沒徹底搞懂,斑馬為什麼會進化出黑白的條紋。

牛的避蚊套裝

最經典的說法——條紋是斑馬的迷彩服,能幫助斑馬在草原上完成偽裝。但這種說法已經非常過時了。

現在,有學者已發現,條紋能避免吸血蠅停留在斑馬身上。還有的學者認為,條紋有助於調節體溫,因為白紋和黑紋之間的溫度不同可以形成小對流幫助散熱。儘管答案還沒有定論,但問題真的不簡單。

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