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科学家薅完羊毛后,终于搞懂了为什么会有自然卷

发布时间:2019-09-02 16:00:20 来源:粤港澳生活网综合 责任编辑:李雨晴

  出品:科普中国0mI粤港澳生活网_品味粤港澳大湾区生活

  制作:苏澄宇0mI粤港澳生活网_品味粤港澳大湾区生活

  监制:中国科学院计算机网络信息中心0mI粤港澳生活网_品味粤港澳大湾区生活

  为什么有的人是直发,有的人则是卷发?这似乎是个简单的问题,但答案却相当复杂。0mI粤港澳生活网_品味粤港澳大湾区生活

  头发是卷是直,基因说了算0mI粤港澳生活网_品味粤港澳大湾区生活

  从根本上来说,一个人头发的质地是直的还是卷的,取决于ta的基因。之所以有卷发,其中的原理和豌豆差不多:人类的卷/直发是由等位基因控制的。直发是由EDAR的等位基因控制。0mI粤港澳生活网_品味粤港澳大湾区生活

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  EDAR在染色体上的位置 图源Wikipedia0mI粤港澳生活网_品味粤港澳大湾区生活

  根据科学家的研究,如果我们按卷曲程度进行分级,大致可以得到8个等级的弯曲程度,等级越高,卷曲程度越大。0mI粤港澳生活网_品味粤港澳大湾区生活

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  8个不同等级的卷发程度图源,文献10mI粤港澳生活网_品味粤港澳大湾区生活

  并且不同的毛发卷曲程度,其横截面形状也不一样。通常来说,头发越直,其横截面越圆,看起来更粗。0mI粤港澳生活网_品味粤港澳大湾区生活

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  不同头发弯曲类型的横截面 图源:https://curlyhairlounge.com0mI粤港澳生活网_品味粤港澳大湾区生活

  亚洲人一般属于1——2等级的发质,如果想要拥有更卷的头发只能去烫了。但近半数的欧洲人却并不需要烫发,因为他们多数人的头发卷曲程度更高。0mI粤港澳生活网_品味粤港澳大湾区生活

  据研究,在欧洲人群(高加索人)中,只有12% 的人有纯粹的直发,36% 有等级2的卷发,38%有等级3卷发,剩下的都是等级4的卷发;亚洲人群中,约29%的人有直发,最多为等级2的卷发约51%,剩下的为16%的等级3卷发和2%的等级4卷发;而非洲人大多数都是等级5以上的卷发,详见图表:0mI粤港澳生活网_品味粤港澳大湾区生活

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  不同种族人群的发质差异 图源:文献10mI粤港澳生活网_品味粤港澳大湾区生活

  除了遗传因素外,其他如营养、生活环境、生活习惯等也对头发的卷曲程度有影响。但最主要的还是遗传因素,大概占了85~95%的影响性。这意味着你的直发或卷发,其原因约有十分之九可以归于DNA。0mI粤港澳生活网_品味粤港澳大湾区生活

  同样是卷发,为什么你的是波浪卷,我的是绵羊卷0mI粤港澳生活网_品味粤港澳大湾区生活

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  图源:pixabay0mI粤港澳生活网_品味粤港澳大湾区生活

  这就得说到卷曲程度是由什么决定的了。0mI粤港澳生活网_品味粤港澳大湾区生活

  先科普一个小知识,毛发纤维的组织结构分为3层,即鳞片层、皮质层和髓质层。而皮质层是毛发纤维的主要组成部分,它是由许多蛋白质细胞组成的。皮质层细胞又分为正皮质层和副皮质层两种。卷曲的毛发,在卷曲波外侧的称为正皮质细胞,内侧的称为副皮质细胞。0mI粤港澳生活网_品味粤港澳大湾区生活

  对于毛发的卷曲缘由,其主要理论就是围绕这一层细胞展开,目前学界有两种主流的看法。第一种是毛发的卷曲程度与毛发细胞的数量分布有关,卷曲纤维的外侧(正皮质细胞)比内侧(副皮质细胞)有更多的细胞,类似拱门的设计结构。随着卷曲程度的增加,卷曲内侧细胞数量减少。0mI粤港澳生活网_品味粤港澳大湾区生活

  第二种观点认为,是因为较长的正皮质细胞排列在毛发纤维的外面,而副皮质细胞排列在毛发纤维的内边缘,长度的差异导致毛发发生弯曲。0mI粤港澳生活网_品味粤港澳大湾区生活

  那到底哪种说法是对的呢?几十年来一直都没有结论,因为对于这个主题的研究长期处于理论阶段,没有人真的做实验。最终这一科学真相的发现还得感谢美利奴绵羊。0mI粤港澳生活网_品味粤港澳大湾区生活

  检测羊毛竟然能知道人头发卷曲的真相?0mI粤港澳生活网_品味粤港澳大湾区生活

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  美利奴绵羊毛和人类的头发非常相似,而且更容易研究0mI粤港澳生活网_品味粤港澳大湾区生活

  图源:https://www.abc.net.au/cm/rimage/9572536-3x2-large.jpg?v=20mI粤港澳生活网_品味粤港澳大湾区生活

  科学家为了搞懂头发卷曲的真相,他们决定研究头发的微观结构。他们想到可以计算和测量单根头发的毛细胞。可人类的头发太粗了,细胞太多。0mI粤港澳生活网_品味粤港澳大湾区生活

  于是科学家们找到了美利奴绵羊,这是一种有着令人难以置信的纤细自然卷曲毛发的动物。并且美利奴羊毛比人类的头发细5倍,其基本的生物学结构与人头发相似,所以可以通过测量美利奴羊毛卷曲的原因知道人头发卷曲的真相。0mI粤港澳生活网_品味粤港澳大湾区生活

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  美利奴绵羊毛比人类的头发细5倍 图源:CSIRO https://www.abc.net.au/cm/lb/9562512/data/hair-vs-wool-data.jpg0mI粤港澳生活网_品味粤港澳大湾区生活

  科学家从新西兰的一个农场的6只美利奴绵羊身上薅了些羊毛。并选择了其中700根羊毛,每根羊毛的直径不超过5微米,长度不超过0.5厘米。0mI粤港澳生活网_品味粤港澳大湾区生活

  这些羊毛经过清洗,去除羊毛脂的涂层,以及羊毛在生长过程中造成的任何人为弯曲,从而使羊毛处于最自然的状态。0mI粤港澳生活网_品味粤港澳大湾区生活

  之后,这些纤维被切成均匀的碎片,利用静电力把它们移动到载玻片(一种玻璃片)上,对这些样本的片段进行染色,最后在显微镜下观察。测量出每个纤维的平均曲率,然后放大到曲线上精确点的细胞结构。0mI粤港澳生活网_品味粤港澳大湾区生活

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  载玻片上的单根羊毛片段 图源:AgResearch Ltd https://www.abc.net.au/cm/lb/9570904/data/microscopic-wool-fibre-data.jpg 0mI粤港澳生活网_品味粤港澳大湾区生活

  他们观察了细胞数量内外侧的差异,以及两种不同类型的细胞内外侧的分布规律。结果发现,这两种假设都不正确。0mI粤港澳生活网_品味粤港澳大湾区生活

  研究结果发现显示,虽然毛发的正皮层细胞在大多数情况下确实比的副皮层细胞要长,但有少数情况下副皮质层细胞比正皮质层细胞要长。0mI粤港澳生活网_品味粤港澳大湾区生活

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  染色显示纤维状的正皮层细胞(橙色)和副皮层细胞(绿色) 图源:AgResearch Ltd https://www.abc.net.au/cm/lb/9568412/data/microscopic-fibre-data.jpg0mI粤港澳生活网_品味粤港澳大湾区生活

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  红色为正皮质层细胞,绿色副皮质层细胞,在多数情况下,正皮层细胞比副皮质层细胞要长。图源:文献20mI粤港澳生活网_品味粤港澳大湾区生活

  这就出现了一个问题,在毛发特定的位置,如果副皮质层比正皮质层要长,这个位置的毛发是如何卷曲的呢?因此科学家继续研究发现,毛发卷曲不仅和细胞长度有关,还和细胞的排列方式也有关系。0mI粤港澳生活网_品味粤港澳大湾区生活

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  有时候正皮质层细胞(红色)比副皮质层细胞(绿色)要长,有时候则反之,这是因为毛发卷曲不仅和细胞长度有关还和排列方式有关 图源:文献20mI粤港澳生活网_品味粤港澳大湾区生活

  他们的结论是,毛发卷曲的关键并不在于细胞数量,而是在于细胞长度和排列方式。对于卷曲的头发,在同样数量的正皮质层细胞和副皮质层细胞下,由于细胞的长度和排列方式差异,导致卷发外径长度比内径要长得多。所以出现了毛发卷曲。头发越直,内外的细胞长度越接近。0mI粤港澳生活网_品味粤港澳大湾区生活

  最终科学家将其研究成果发表在《实验生物学杂志》Journal of Experimental Biology。0mI粤港澳生活网_品味粤港澳大湾区生活

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  红色为外径细胞,绿色为内径细胞 图源:文献20mI粤港澳生活网_品味粤港澳大湾区生活

  这就是毛发卷曲的秘密。0mI粤港澳生活网_品味粤港澳大湾区生活

  参考文献:0mI粤港澳生活网_品味粤港澳大湾区生活

  Medland, S. E., Nyholt, D. R., Painter, J. N., McEvoy, B. P., McRae, A. F., Zhu, G., … Martin, N. G. (2009). Common Variants in the Trichohyalin Gene Are Associated with Straight Hair in Europeans. The American Journal of Human Genetics, 85(5), 750–755. doi:10.1016/j.ajhg.2009.10.0090mI粤港澳生活网_品味粤港澳大湾区生活

  Harland D P, Vernon J A, Woods J L, et al. Intrinsic curvature in wool fibres is determined by the relative length of orthocortical and paracortical cells[J]. Journal of Experimental Biology, 2018, 221(6): jeb172312.0mI粤港澳生活网_品味粤港澳大湾区生活

责任编辑: 李雨晴

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