熊貓為什么拍不出彩色照片？
鳥兒有漂亮的羽毛，大部分動(dòng)物有灰色或棕色的皮毛，憨態(tài)可掬的大熊貓卻有著黑白分明的毛色。熊貓要想拍彩色照片，還得PS處理，或者吐個(gè)舌頭。
黑白色差異明顯，不利于野外躲避捕食者，為何大熊貓會(huì)進(jìn)化出黑白毛色？黑白色毛發(fā)的產(chǎn)生，在體內(nèi)又經(jīng)過了怎樣的過程？
撰文：胡霞
自然界有很多黑白毛色的動(dòng)物，其中，大熊貓因?yàn)楠?dú)特的黑白色組合顯得十分討人喜愛。
大熊貓，平時(shí)也稱作熊貓，體色為黑白兩色，有著圓圓的臉頰，大大的黑眼圈，胖嘟嘟的身體，深受人們喜愛，堪稱世界上最可愛的動(dòng)物之一。（圖片來源：pixabay）
亞洲貘，也稱馬來貘，又叫五不像，全身毛色亦是黑白相間。（圖片來源：pixabay）
以黑白色條紋著稱的斑馬（圖片來源：pixabay）
臭鼬，長(zhǎng)著一身醒目的黑白相間的毛皮。（圖片來源：pixabay）
毛色是如何產(chǎn)生的？
我們看到的動(dòng)物毛發(fā)的顏色，是通過體內(nèi)黑色素細(xì)胞合成的色素在毛發(fā)中沉積，而顯現(xiàn)出來的。黑色素細(xì)胞位于表皮，合成的兩種最重要的色素即真黑素（Eumelanin）和褐黑素（Pheomelanin），它們的比例決定了動(dòng)物的膚色和毛色，大熊貓也不例外。但黑色素根本上受基因控制，因此，黑色素細(xì)胞中的基因組，是決定熊貓不同部位黑白色的根本原因。
兩種黑色素的形成過程（圖片引自參考資料[1]）
調(diào)控黑色素產(chǎn)生的基因有很多種，其中最著名的是ASIP，MC1R等，兩種色素的比例影響著毛色，真黑素越多顏色偏黑，褐黑素越多顏色則偏紅。動(dòng)物胚胎發(fā)育之初，色素細(xì)胞由臨時(shí)結(jié)構(gòu)神經(jīng)嵴遷移分化而來，成熟過程受各種因素調(diào)控，從而引起動(dòng)物不同部位之間黑色素的差異。同時(shí)，合成黑色素并不意味著毛色就此確定，色素還需進(jìn)一步分散、沉淀，這一過程也會(huì)受到其他生物進(jìn)程的影響。換言之，毛色的生成是一個(gè)極為復(fù)雜的過程[2] 。
毛色生成的過程示意圖（圖片引自參考文獻(xiàn)[2]）
對(duì)于純色動(dòng)物來說，色素沉淀均勻，動(dòng)物花紋的形成則可能受到很多因素的影響。例如，某些部位色素細(xì)胞的基因發(fā)生了變異，該部位產(chǎn)生的色素就會(huì)不同。再者，色素細(xì)胞前體來自胚胎時(shí)期的神經(jīng)嵴，這些細(xì)胞可能在遷移過程中分化，相對(duì)于背部脊椎附近，腹部、頭部以及四肢的遷移距離更遠(yuǎn)，過程中出錯(cuò)的概率更大，因而四肢和頭部更容易出現(xiàn)斑塊。此外，在動(dòng)物體內(nèi)，活躍的轉(zhuǎn)座子（可移動(dòng)的遺傳因子，一段DNA順序可以從原位上單獨(dú)復(fù)制或斷裂下來，環(huán)化后插入另一位點(diǎn)，并對(duì)其后的基因起調(diào)控作用）也會(huì)影響兩種色素的表達(dá)。
關(guān)于動(dòng)物毛色花紋的形成，還有一個(gè)著名的圖靈理論，由計(jì)算機(jī)之父阿蘭·圖靈于1952年首次提出，他建立了一個(gè)簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)模型。他認(rèn)為，動(dòng)物身上會(huì)產(chǎn)生有規(guī)律的花紋是一對(duì)化學(xué)物質(zhì)“成形素”的相互作用，其中一種激發(fā)細(xì)胞活性（FGF），而另一種抑制活性（Shh），這個(gè)理論能幫助科學(xué)家預(yù)測(cè)貓科動(dòng)物的條紋和斑點(diǎn)會(huì)長(zhǎng)成什么樣，但實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的難度較大。2012年，倫敦大學(xué)國(guó)王學(xué)院的研究者研究了胚胎口腔上腭脊紋的生長(zhǎng)過程，識(shí)別出與該過程相關(guān)的一對(duì)特殊成形素，這是科學(xué)家首次在實(shí)驗(yàn)中證明，圖靈理論可以預(yù)測(cè)生物花紋的形成。這意味著，未來我們可以結(jié)合生物與數(shù)學(xué)計(jì)算來預(yù)測(cè)動(dòng)物毛色。
毛色是如何進(jìn)化而來的？
關(guān)于熊貓毛色形成原因的解釋有很多種：1. 對(duì)捕食者的警示；2. 適應(yīng)雪原背景；3. 黑色的毛發(fā)是為了維持體溫；4. 面部黑白色差異用于同類之間的溝通交流。動(dòng)物學(xué)家Tim Caro等人通過集合所有食肉動(dòng)物的特征，給出了一個(gè)綜合的答案[4]。
熊貓腹背部大片的白色是為了適應(yīng)雪原。熊貓生活在海拔2000-3000米的環(huán)境中，那里冬季積雪，白色可以幫助他們適應(yīng)環(huán)境，隱藏自己。這與不冬眠的北極熊純白毛色原因類似。與之相對(duì)，棕熊因?yàn)闀?huì)冬眠，不需適應(yīng)雪原，因而毛色偏黃。那么，大熊貓為何不冬眠呢？研究者認(rèn)為，這與熊貓常年食用竹子有關(guān)，素食使得它們無法積累冬眠所需的脂肪，在冬季也要不間斷地進(jìn)食。
熊貓肩部和四肢的黑色則是為了適應(yīng)森林的陰影環(huán)境。由于大熊貓需要在森林和雪原環(huán)境之間穿梭變換，黑毛可幫助它們?cè)谏种须[藏自己，防止被捕食者發(fā)現(xiàn)。
大熊貓屬于中等食肉動(dòng)物，面部特征的作用一般是威懾獵物。介于吃竹子的大熊貓不需捕獵，根據(jù)分析，黑色的耳朵與震懾捕食者相關(guān)。至于大熊貓的“黑眼圈”，看起來十分呆萌，不起威懾作用。曾有研究發(fā)現(xiàn)，熊貓可以在6-12個(gè)月內(nèi)記憶和辨別類似熊貓眼睛的圖像，所以，“黑眼圈”很可能是大熊貓辨別同類的依據(jù)。
研究者并不認(rèn)同熊貓的黑白色用于調(diào)節(jié)體溫的說法。黑白色差異極大，也并非是混隱色（disruptive coloration，動(dòng)物有時(shí)會(huì)為了隱藏自己，進(jìn)化出多種顏色混合的狀態(tài)來隱藏自己）。
用混隱色偽裝自己的代表動(dòng)物：獵豹（圖片來自維基百科，by Lukas Kaffer，CC-BY 3.0）
研究者認(rèn)為，熊貓的腹背部白色部位是為了適應(yīng)雪原而形成的保護(hù)色，四肢和肩部的黑色則是為了適應(yīng)森林環(huán)境的陰影。最根本的原因可能在于大熊貓只吃竹子，營(yíng)養(yǎng)單一，且無法徹底消化食物，這使得它們不能積攢充足的脂肪用于冬眠。大熊貓?jiān)谝荒曛行枰m應(yīng)不同環(huán)境，既有白雪皚皚的高山，又有黑暗的熱帶雨林，加之無法像有些動(dòng)物可以通過快速換毛適應(yīng)背景（貂、北極狐等動(dòng)物一年內(nèi)通過換毛，可有兩種顏色），因而折中進(jìn)化出了黑白相間的皮毛。同樣地，不冬眠的動(dòng)物金剛狼（Wolverine），也會(huì)出現(xiàn)黑白相間的毛色。
總之，熊貓的黑白色是自然選擇的結(jié)果，也是基因調(diào)控的產(chǎn)物。早前，有一只名為“七仔”的熊貓因白化變異拍出了彩色照片，一般的熊貓雖只能拍出黑白照片，但也十分健康可愛。
參考文獻(xiàn)：
1. Richard A. Sturm et al.,1998. Human pigmentation genetics: the difference is only skin deep.
2. Michael Cieslak et al., 2011.Colours of domestication.
3. 圖靈生物花紋形成理論獲實(shí)驗(yàn)證明，科技日?qǐng)?bào)（2012）。
4. Caro, Tim, et al."Why is the giant panda black and white?." Behavioral Ecology，2016.
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