【荧光斑马鱼】专题斑马鱼怎么会长出了条纹？

酷似斑马的条纹

斑马鱼是一种很小的鱼，它之所以叫这个名字，是因为它的身上有蓝色和金色交替的条纹。在幼鱼成熟的过程中，皮肤中会出现三种颜色的细胞，黑色细胞、反光银色细胞和黄色细胞，就像多层的马赛克一样形成独特的色彩斑斓的图案。虽然大家都知道这三种颜色的细胞必须相互配合才能形成漂亮的条纹，但是到目前为止，这些颜色细胞的胚胎来源仍然是个迷。现在，德国Max Planck进化生物学研究所的科学家们发现了这些细胞是如何出现的，以及如何构成了斑马鱼的条纹。他们的研究成果将帮助我们了解动物世界中丰富多彩的条纹是如何形成和发展的。

生物世界的美丽会让诗人、哲学家和科学家震惊。Max Planck进化生物学研究所基因研究部的主任Christiane Nüsslein-Volhard一直对动物皮肤图案背后的生物学原理感兴趣。她的团队以斑马鱼为模型生物，研究了动物皮肤图案形成的基因基础。

绚丽多彩的斑马鱼

Nüsslein-Volhard在《Science》杂志上公布了一项新的研究，指出斑马鱼皮肤中的黄色细胞发生了剧烈的变化，才构成了它独特的条纹图案。“我们对于这样的变化感到很惊讶，这是我们完全没有预料到的，”研究的第一作者Prateek Mahalwar说。这项研究的基础是今年六月发布在《Nature Cell Biology》（NCB）上的一项实验室研究，该研究追踪了斑马鱼皮肤中黑色和银色细胞的变化。研究者给每一条幼鱼皮肤中将要发育为颜色细胞的细胞都做了荧光标志，然后在长达三周的时间里，每天拍下它们的照片，以此了解这些细胞的变化。通过这样的方式，科学家可以了解活体动物条纹图案形成过程中每一个细胞的繁殖、移动和扩散。“我们必须采用一种非常柔和的方式，才能在比较长的时间里反复观察每一条鱼。所以我们使用了一种最先进的显微镜，从而可以将荧光剂给鱼带来的副作用降到最低。”NCB项目的第一作者Ajeet Singh说。

令人惊讶的是，这项分析表明，三种颜色细胞是通过完全不同的路径到达皮肤的：胚胎背部的一种多能细胞形成了黄色细胞，它们布满了胚胎的皮肤。当斑马鱼两三周大，开始出现变态的时候，这些细胞开始繁殖。但是黑色和银色细胞来自于一组干细胞，这些干细胞与每节脊椎附近的神经节结合在一起。黑色细胞沿着节段神经到达皮肤，出现在后来形成条纹的区域。而银色细胞穿过肌肉组织中的狭长缝隙达到皮肤，并在那里开始繁殖。

Science项目的作者之一Brigitte Wlderich解释说，“我的工作是在胚胎中制造一组用荧光标志的细胞，它们在斑马鱼的幼年和少年时期会一直存在，让我们可以发现黄色细胞的成长和变化。我们很惊讶地发现，在黑色和银色细胞到达皮肤之前，这些黄色细胞就会分裂和繁殖成不同的细胞，覆盖在斑马鱼的皮肤上。”

美国威斯康星大学2013年“最酷科学图像摄影大赛”获奖作品之一：活体斑马鱼胚胎尾鳍的神经网络呈现绿色荧光，这张图像是40倍放大率效果。

一项引人注目的观测结果是，银色和黄色细胞都能根据所处位置的不同改变细胞的形状和颜色。在银色细胞密集的地方，黄色细胞也会变得很密集，覆盖在银色细胞上面，形成金色条纹；而在黑色细胞形成的条纹上面，黄色细胞会变成分布稀疏的星形。银色细胞也会稀疏地分布在黑色条纹区域，使条纹显现为蓝色。而隔了一段距离后，黄色和银色细胞的形状和颜色又会发生变化，又形成一条浅色的条纹。这样，就会使斑马鱼的皮肤形成深浅交替的条纹图案。在浅色条纹处，银色和黄色细胞密集地重叠在一起，而在黑色细胞形成的条纹处，银色和黄色细胞稀疏地覆盖在上面，使条纹图案表现为金色和蓝色交替。

研究人员推测，这些细胞行为的不同变化，就构成了鱼类多种多样的颜色和图案。“这项发现告诉我们，可以怎样分析其他鱼类的图案，以及那些无法直接观测其发育过程的其他动物的图案，比如孔雀、老虎和斑马，”Nüsslein-Volhard说。

（原文转自，原标题《斑马鱼怎么长出了条纹：动物形成色彩斑斓的图案的秘密》，蝌蚪君编译。转载请标注来源。）