這種變色蜥蜴的面板就像艾倫圖靈預測的那樣變形

有一種特殊的蜥蜴會隨著年齡的增長而改變斑點的顏色，研究人員剛剛發現了控制這種特殊變形的數學規則。...

有一種特殊的蜥蜴會隨著年齡的增長而改變斑點的顏色，研究人員剛剛發現了控制這種特殊變形的數學規則。

這是一種30到35英寸的爬行動物，生活在歐洲。這些蜥蜴天生就有不起眼的棕色和白色圓點。但隨著它們的成長，它們的身體會形成這種美麗的、迷宮般的綠色和黑色圖案。我們不知道為什麼會這樣，但現在，我們知道了更多關於如何。本週發表在《自然》雜誌上的一項研究報告稱，蜥蜴的鱗片可能會根據特定的數學模型而變化。奇怪的是，這個模型和科學家長期以來認為的確定動物如何得到點和條紋的模型有些不同。

事實上，一個關於生物模式如何形成的總體理論來自一個不太可能的地方：程式碼破譯者艾倫圖靈。大約65年前，他提出條紋、斑點，甚至手指之類的附屬物，可能是由兩種假設物質之間的一系列化學作用產生的：一種是活化劑，一種是抑製劑。當這兩種物質以不同的速度像動物的面板一樣在畫布上擴散時，它們相互競爭產生圖案。

觀看這段MinuteEarth影片，瞭解圖靈模型的解釋：

科學家們仍在研究圖靈機制產生的特定點和條紋，以及生物中的實際啟用劑和抑製劑。但是進化生物學家米歇爾·米林科維奇想知道圖靈的模型是否也適用於有頭蜥蜴如何改變鱗片的顏色。

米林科維奇的實驗室對美和控制美的規則很感興趣，他說。因此，他和他的同事們從剛孵化的時候開始，用三年時間對三隻有頭蜥蜴進行了三維掃描，以追蹤它們的顏色在這些年裡是如何變化的。他們發現了一些奇怪的現象：鱗片不斷地從綠色變為黑色，或從黑色變為綠色，這取決於它們的鄰居的顏色。一般綠色鱗片被四黑二綠鱗片包圍，黑色鱗片被三黑三綠鱗片包圍(研究人員在分析中忽略了蜥蜴的腹部鱗片和藍色斑點。）

這讓米林科維奇想起了約翰·馮·諾依曼（johnvonneumann）在20世紀40年代開發的一個數學模型，即細胞自動機。這種計算模型基本上是一個由連線的單元組成的網格，每個單元的狀態由其相鄰單元的狀態決定(如果你玩一個模擬的話，這是很容易理解的，而且很難用語言來解釋，所以點選這個連結來玩有史以來最著名的細胞自動機，米林科維奇想知道這個數學模型是否能在一個生物身上得到體現：“如果每一個尺度都隨著它的鄰居的狀態而改變顏色呢？”

當他和他的同事們仔細計算這些數字時，結果證明他是對的。”每一個尺度都能感知到鄰居的顏色，然後根據鄰居的情況做出決定。米林科維奇仍在縮小究竟是什麼生物訊號控制著這一點。

然而，圖靈機制並沒有完全消失。事實上，當米林科維奇和他的同事調整他們的模型，將鱗片的厚度和鱗片之間面板的厚度結合起來時，圖靈的模型突然起了作用：基本上，只要引數正確，圖靈的模型就可以在生物的面板上建立馮·諾依曼的細胞自動機。

不列顛哥倫比亞大學數學家Leah Edelstein Keshet在與Milinkovitch論文一起發表的一篇評論中寫道，這項研究揭示了“細胞自動機不僅是一個抽象的概念，而且對應於生物進化產生的過程。”。那麼，這有什麼關係呢？”“我們只是想更好地瞭解宇宙，”米林科維奇說在這種情況下，我們的宇宙就是這隻美麗的蜥蜴。”