科普中国-科普融合创作与传播 2019-05-20
出品：科普中国
制作：苏澄宇（上海科技教育出版社）
监制：中国科学院计算机网络信息中心
上面的猫爪是不是很可爱，让你有一种很想吸它，用手指轻轻戳一戳雪花般小爪子的冲动？不止是你，我也想这么做。
山竹一样的爪子看起来就像给猫猫穿上了白色袜子，身体的颜色和脚的颜色一下区分开来，色彩的差异就会让猫咪格外显眼。但你有想过为什么猫猫会有这样像山竹一样的白白的爪子吗？
猫的毛色是如何形成的？
不止是猫，这种夹杂着白色毛发的现象在其他动物身上也有发生。
科学家将这种夹杂白色斑纹的现象称为斑驳病（piebaldism），这些白色区域通常出现在脚部、胸部和前额上，斑驳病这个词可能听起来有点陌生，但它的另一个叫法你一定听说过：斑状白化病。
其实猫的毛发在正常情况下只有两种色素，一种是产生黑色的真黑色素，另一种是产生红色的嗜铬黑色素（Phaeomelanin）。出现那么多毛色的猫咪是因为这两种黑色素互相搭配沉积的方式不一样。
当猫还是胚胎的时候，它所有可用的两种黑色素细胞最初都聚集在它的背部。当胎儿发育成喵喵叫的小猫时，色素细胞会扩散到发育中的身体其他部位。
如果黑素细胞分布均匀，这只猫可能有一层单色的皮毛。
黑猫就很容易理解了，因为黑猫的每根毛发都有完整的真黑色素沉积，所以身上就只有黑毛。
黑猫 图源： Wikipedia
那如果有一只猫只沉积红色的嗜铬黑色素那它是不是就成了红猫呢？为什么大家平常都没看到过红猫呢？
那是因为红猫这个词实在陌生，换一个词你马上就知道了：橘猫。原来胖乎乎的橘猫就是传说中的红猫啊！
惊奇队长中的噬元兽就是红猫 图源：豆瓣电影
因为基因的缘故，所以橘猫很容易在幼猫时期出现“幽灵花纹”（ghost markings ），这种花纹会随着年龄的增长而逐渐消失。猫咪的其他花色还有很多，在这里就不一一列举了。
但不管怎么说，出现白色按道理来说是不可能的，因为不管怎么搭配，怎么密集，怎么稀释，黑和红都出不来白色。
既然搭配不出白色，那白毛区域是哪来的？
关于这个问题的答案，长期以来，人们一直认为这些黑色素细胞只是在基因调控的结果下，没有以正确及时的速度移动，所以无法完全覆盖到动物的身体，从而形成了白色毛发区域。
但《自然通讯》(Nature Communications) 杂志在2016年的一篇文章中，用数学模型进行分析的研究推翻了这一论断：之所以出现白爪子的斑纹猫，是因为它的黑色素细胞比单体色猫的细胞移动得更快，但它们分裂的速度和正常细胞相比又有些慢。这意味着没有足够的黑色素为发育中的胚胎的所有区域着色，有些区域染色来不及被着色，最终就成了白色。
而且科学家发现黑色素细胞的移动方向也是随机的。打个比方，这些细胞不像百米赛跑的运动员那样朝着特定的方向移动，而是到处瞎跑，就像醉汉在酒吧打烊时摇摇晃晃地走出酒吧一样。所以动物的斑纹位置各种各样，可能正因为如此，不同的黑色素细胞跑到了一起就变成了一块毛发颜色较深的区域。
猫咪的小白爪原来是基因突变造成的
所以真相只有一个：猫咪的小白爪是KIT基因突变的结果，突变导致了黑色素细胞的不寻常分布。因为它的影响相对比较温和，基本没什么坏的影响，所以对于动物来说治不治都差不多，因此也没人把这种遗传病当作一种病。正因为如此，所以才会看到那些像穿着白袜子的猫咪。
对猫咪来说，这也许是一种可爱的基因突变，但对于人类就不可爱了，因为这是一种白化病、白癜风。
有些白化病患者比较幸运，因为他们颜值本身就比较高，又或许白化的地方恰到好处，还能hold得住。
但对大多数白化病患者来说这绝对是噩梦般的体验。
如果出现了更严重的缺陷，会造成更可怕的病变。由于组织发育的缺陷，KIT基因突变可表现为心脏问题、消化问题，甚至癌症。
KIT基因分子标记定位 图源： Genome Decoration Page/NCBI
比如KIT基因的突变可能会导致胃肠道间质瘤gastrointestinal stromal tumors (GISTs) ，这是一种发生在胃肠道的肿瘤，最常见的发生在胃或小肠。在大多数情况下，这些KIT基因突变是在正常机体细胞中的突变，称为体细胞突变。这样的突变通常情况下不会传给后代，当然也有小概率是家族性遗传。
胃肠道间质瘤 图源： Gastrointestinal Atlas
与之相关的还有肥大细胞增多症（Systemic mastocytosis ）。肥大细胞增生症的发病机制是肥大细胞在组织中的聚集，同时活化的肥大细胞释放介质。这是一种血液疾病，属于罕见病，通常出现在青春期以后，严重程度不一。肥大细胞最常累积于皮肤、骨髓、肝脾、淋巴结及消化道。轻则表现为过敏症状，比如皮肤瘙痒、潮红，重则休克。
肥大细胞增多症的表现之一 图源： Natural Remedies
所以，猫猫出现小白爪只是一种基因突变的温和表现，这也许就是可爱动物的特权吧。
参考文献：
[1]Mort, R. L., Ross, R. J. H., Hainey, K. J., Harrison, O. J., Keighren, M. A., Landini, G., … Yates, C. A. (2016). Reconciling diverse mammalian pigmentation patterns with a fundamental mathematical model. Nature Communications, 7(1). doi:10.1038/ncomms10288
[2]Bolande, R. P. (1997). Neurocristopathy: Its Growth and Development in 20 Years. Pediatric Pathology & Laboratory Medicine, 17(1), 1–25. doi:10.1080/15513819709168343 …
