斑馬魚，一種小的淡水魚，得名于一種醒目的藍(lán)黃色相間條紋圖案。在幼魚皮膚生長過程中，有三種主要的色素細(xì)胞類型——黑色細(xì)胞、反光銀色細(xì)胞和黃色細(xì)胞出現(xiàn)，它們多層鑲嵌，構(gòu)成特征性的顏色圖案。

*，所有這三種細(xì)胞類型必須相互作用才能形成適當(dāng)?shù)臈l紋，但是，形成成魚條紋的色素細(xì)胞的胚胎起源，直到現(xiàn)在仍然還是一個謎。zui近，德國馬克斯普朗克發(fā)育生物學(xué)研究所的科學(xué)家們，發(fā)現(xiàn)了這些細(xì)胞如何產(chǎn)生，并形成“斑馬”圖案。這一研究結(jié)果可能有助于了解動物世界多種多樣醒目圖案的發(fā)展和演變。

自然世界的美，讓詩人、哲學(xué)家和科學(xué)家都為之驚奇。諾貝爾獎得主、馬克斯普朗克發(fā)育生物學(xué)研究所遺傳學(xué)系主任Christiane Nüsslein-Volhard，一直沉迷于動物顏色圖案背后的生物學(xué)。她的研究小組利用斑馬魚作為模式生物，來研究動物發(fā)育的遺傳學(xué)基礎(chǔ)。

Nüsslein-Volhard實(shí)驗(yàn)室的這一新研究結(jié)果，發(fā)表在zui近的《Science》雜志，表明黃色素細(xì)胞在細(xì)胞形態(tài)上經(jīng)歷了戲劇性的變化，來為斑馬魚的條紋圖案著色。本文*作者Prateek Mahalwar稱：“我們驚訝地觀察到這種細(xì)胞行為，因?yàn)檫@些*出乎我們對彩色圖案形成的認(rèn)識。”這項(xiàng)研究是基于該實(shí)驗(yàn)室今年6月份的《Nature Cell Biology》雜志發(fā)表的一項(xiàng)工作，該研究跟蹤銀色素細(xì)胞和黑色素細(xì)胞的細(xì)胞行為。這兩項(xiàng)研究描述了一系列實(shí)驗(yàn)，以揭示條紋圖案形成過程中的細(xì)胞事件。

研究人員每天都對攜帶熒光標(biāo)記色素細(xì)胞前體的每條幼魚進(jìn)行成像，持續(xù)三周的時間，來繪制出細(xì)胞行為。這使得科學(xué)家們能夠跟蹤單個細(xì)胞及其子代在活體生長動物條紋圖案形成過程中的遷移和擴(kuò)散。《Nature Cell Biology》論文*作者Ajeet Singh稱：“我們必須制定一種非常溫和的程序，以能夠在長時間的過程中反復(fù)觀察每條魚。所以我們使用一種的顯微鏡，它可讓我們將熒光照明的不利影響減至zui小。”

令人驚訝的是，該分析表明，這三種類型的細(xì)胞，通過*不同的方式到達(dá)皮膚：位于胚胎背部的一組多能細(xì)胞產(chǎn)生幼蟲黃色素細(xì)胞，其覆蓋胚胎的皮膚。當(dāng)魚大約兩到三周大的時候，這些細(xì)胞在變態(tài)剛開始時就首先繁殖。然而，黑色素細(xì)胞和銀色素細(xì)胞來自于一小部分神經(jīng)節(jié)相關(guān)的干細(xì)胞，靠近每個節(jié)段中的脊髓。黑色素細(xì)胞沿著節(jié)段神經(jīng)遷移到皮膚，出現(xiàn)在條紋區(qū)域，而銀色素細(xì)胞則穿過分離肌肉組織的縱向裂，然后在皮膚中進(jìn)行繁殖和傳播。

《Science》論文的共同作者Brigitte Walderich進(jìn)行了細(xì)胞移植，以跟蹤黃色素細(xì)胞的起源，他解釋說：“我試圖在胚胎中創(chuàng)建一小簇?zé)晒鈽?biāo)記細(xì)胞，它們能在仔稚魚階段被跟隨，以解開黃色素細(xì)胞的生長和行為。我們驚奇地發(fā)現(xiàn)，它們分裂和增殖為分化細(xì)胞，在銀色素細(xì)胞和黑色素細(xì)胞到達(dá)以形成條紋之前就覆蓋皮膚。”

一個驚人的發(fā)現(xiàn)是，銀色素細(xì)胞和黃色素細(xì)胞都能根據(jù)它們的位置，轉(zhuǎn)變細(xì)胞形狀和顏色。黃色素細(xì)胞緊湊緊密地覆蓋在密集的銀色素細(xì)胞，形成亮色條紋，將其染成金色，在條紋的黑色素細(xì)胞上獲得一個松散的星狀形狀。銀色素細(xì)胞稀疏地覆蓋在條紋區(qū)域，將其染成藍(lán)色。它們在密集形式遠(yuǎn)處再次轉(zhuǎn)換形狀，形成一種新的亮色條紋。這些細(xì)胞行為產(chǎn)生了一系列明暗相間的條紋。亮色條紋中銀色素細(xì)胞和黃色素細(xì)胞密集形式的疊加，以及條紋中黑色素細(xì)胞上松散的銀色素細(xì)胞和黃色素細(xì)胞疊加，可引起圖案的金色和藍(lán)色著色之間的鮮明對比。

作者推測，這些細(xì)胞行為的變化，可在魚中產(chǎn)生多種多樣的顏色圖案。Nüsslein-Volhard稱：“這些結(jié)果告訴我們關(guān)于其他魚類顏色圖案形成的思考方式，而且還包括那些我們不能直接觀察其發(fā)育階段的動物，例如孔雀、老虎和斑馬。”