生物圖案是如何形成的?

#秘撈遊戲開發日誌 #邊遊戲邊科學
昨晚更新了圖案系統!不會繪圖的我,如何能畫出能見人的圖案呢?答案是科學!
生物界中有很多漂亮的紋理與圖案,斑點、豹紋、線條、迷宮等等,看似很複雜!種種複雜的圖案的形成機理,一直都迷倒不少科學家。天才數學家圖靈(Alan Turing)(沒錯!又是他!)早在1952年就發表了《The Chemical Basis of Morphogenesis》(形態發生的化學基礎),大膽提出,原來只需要兩種互相影響,而又有不同擴散速度的分子,就已經足夠做出不同複雜的紋理!這個模型叫做Reaction-Diffusion Model(RD)。這些圖案,又稱為圖靈樣式(Turing Patterns)。
可惜,當時分子生物學仍在初生階段,根本無人能用實驗證明自然界的紋理是基於RD的。但愈來愈多的科學研究發現很多生物樣式都是基於RD,最著明的例子是手指發育,是基於幾個分子互相作用而自主形成樣式(1)。而科學家亦在不同動物創傷或發育過程中留意到與RD吻合的現象。圖靈早在1952年已經一早預測了!
不過,不是所有生物樣式都是圖靈樣式,另一種常見的是位置訊息模型(Positional Information, PI),由土木工程背景的生物學博士生Lewis Wolpert提出。PI 即是由已有分子濃度差異的樣式(pre pattern),相互影響後,導致不同位置有不同訊息。 PI描術了很多生物模式,包括果蠅胚胎肢節生成,亂弄這個有機會令果蠅的頭長出腳來!曾幾何時,有人以為RD與PI是敵對的,但後來證明兩者均是生物中很重要的模式,甚至互相合作,做出種種生物界中神奇的花紋樣式!
而我的遊戲,就想利用RD與PI。部份花紋我是用RD畫出來的!有興趣這裡有個網站工具,看看你能做出什麼圖案吧!
https://pmneila.github.io/jsexp/grayscott/
1.) Cooper KL. Self-organization in the limb: a Turing mechanism for digit development. Curr Opin Genet Dev. 2015;32:92-7.
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