图案的产生并不需要基因

    我想通过一些例子来说明哪些似乎不是由基因直接决定的。

    第一个例子想说明基因无法直接解释生物形态发生和生长的过程。请注意我这里用的“直接”二字，含义是如果我们能够直接解释了，那么过程的黑匣子就被打开了。比如向日葵盘上葵花籽的排列很奇怪，是一组满足发散角为黄金角（137.50776o）的对螺旋曲线。这个发散角非常精确，当其略小于或略大于黄金角（±0.1o）时，葵花籽在盘上的排列就不紧密，有空缺。事实上，葵花籽的排列满足这个特定的数学要求只不过是在生长过程中为了达到密堆积的效果而已。我常开这样的玩笑：难道葵花基因懂得数学？显然，基因不懂得数学，葵花籽的排列方式和基因没有直接的关系，而是物理在起作用。

    近年来，越来越多的事实表明，细菌的生长、细胞的迁移和肠腔化过程等均满足所谓的反应－扩散方程。一个最为简单而有效的应用是在黏菌和网柄菌的生长时－空模式的研究上。人们甚至认为反应－扩散方程是生命形态发生的基本方程。反应－扩散类型的方程有一个重要特点是它们在短程上体现的是一个活化过程，而在长程上表现的是一个拟制过程，因此也常常被称为是“活化－抑制模型”。

    或许反应－扩散方程的一个成功实例是在动物皮毛花纹的计算。图灵很早就注意到，反应－扩散体系的扩散系数和反应速率常数的改变可以导致各式各样非常复杂的图样。当采用这个模型来描述色素在皮下的生成和扩散时取得了很大的成功。例如，在斑马腿的跟部与腹部的交界处总是出现人字型的花纹，有人说这是基因决定的，而计算发现，其无非是因为从腹部到腿的跟部表皮的面积突然减小的缘故，用数学化的语言来说就是该处的边界条件发生了变化而已。我们知道，每个斑马身上的图案是不同的，据称斑马互相之间靠其皮毛上的条纹的不同来进行相互的识别。那么每头斑马的条纹是否完全由其基因所决定呢？答案是否定的。有个实验的例子，即，当斑马在胚胎的时候在某个固定的地方施加一点摩擦刺激，认为改变其色素分子在该局部的扩散行为，则其图案明显不同。可见这是后天，非先天的基因所决定的。