导语

为什么蝴蝶翅膀能变幻出五彩斑斓的蓝？斑马的黑白条纹如何形成？蜥蜴身上的离散图案和元胞自动机有怎样的联系？本周三的「生命复杂性」读书会将由西湖大学生命科学学院发育与演化生物学博士后韦晓慧，介绍生物颜色和图案多态性形成过程的原理，从色素沉积的遗传调控，到图灵反应-扩散系统、元胞自动机、相分离理论等物理机制，希望和大家一起探索生物形态形成背后的普适性规律。

内容简介

此次读书会将系统综述生物颜色和图案多态性的类型及其形成机制，重点解析色素色、结构色及图案形成的主要原理。我们详细介绍生物颜色图案自组织过程的关键机制，并探讨了相关理论模型，包括图灵反应-扩散系统、元胞自动机、相分离理论以及机械力驱动机制，同时梳理了该领域的研究进展，并展望未来的发展方向。我们探讨生物颜色图案形成过程中的生物和物理机制，以及基于“多尺度”系统解析该性状的研究框架，试图揭示背后的普适性规律。并探讨基因与表型之间的非线性关系，深化对生物形态、功能、生物多样性及适应性进化的认知。


内容大纲

  • 生物颜色图案多态性总览

  • 色素色

    • 遗传结构

  • 结构色

    • 自组织类型

    • 相分离原理

  • 图案多态性

    • 图灵反应-扩散模式

    • 元胞自动机模式

    • 物理机械力

  • 未来研究设想


核心概念

生物颜色图案 Biological color patterns

自组织过程 Self-organizing process

图灵反应-扩散系统 Turing reaction-diffusion system

元胞自动机 Cellular automaton

机械力 Mechanical force

生物多样性 Biodiversity



主讲人

韦晓慧，西湖大学生命科学学院发育与演化生物学专业博士后，博士毕业于厦门大学海洋生物学专业。与世界著名遗传学家、“沃尔夫奖”获得者、中美瑞三国科学院院士 Leif Andersson 教授建立长期合作关系。主要从事生物颜色图案多态性的发育和演化机制研究，前期工作开创性地从遗传、基因调控网络、细胞状态及组织结构等多维度、多层次系统阐释了富含类胡萝卜素的海洋软体动物颜色形成机制，取得了突破性进展。当前的研究重点聚焦于解析果蝇翅斑多样性的形成机制。将致力于试图通过整合遗传学、物理学和计算机科学等多学科交叉方法，系统性研究海洋生物、果蝇、鸟类和蝴蝶等不同物种的颜色图案多态性形成规律，探讨其形成过程中的生物和物理机制，揭示背后的普适性规律，并深入探索生物形态复杂性和多样性（“生命之美”）的发育和演化奥秘。

参与方式

时间：2025年3月26日（本周三）晚19:00-21:00

报名参与读书会：

斑图链接：https://pattern.swarma.org/mobile/study_group_issue/854?from=wechat


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报名成为主讲人
读书会成员均可以在读书会期间申请成为主讲人。主讲人作为读书会成员，均遵循内容共创共享机制，可以获得报名费退款，并共享本读书会产生的所有内容资源。
详情请见：生命复杂性读书会：从微观到宏观，多尺度视角探索生命复杂系统的构成原理

参考文献

 

  1. Orteu A, Jiggins C D. The genomics of coloration provides insights into adaptive evolution[J]. Nature Reviews Genetics, 2020, 21(8): 461-475.

  2. Price-Waldman R, Stoddard M C. Avian coloration genetics: recent advances and emerging questions[J]. Journal of Heredity, 2021, 112(5): 395-416.

  3. Burg S L, Parnell A J. Self-assembling structural colour in nature[J]. Journal of Physics: Condensed Matter, 2018, 30(41): 413001.

  4. Dufresne E R, Noh H, Saranathan V, et al. Self-assembly of amorphous biophotonic nanostructures by phase separation[J]. Soft Matter, 2009, 5(9): 1792-1795.

  5. Milinkovitch M C, Jahanbakhsh E, Zakany S. The unreasonable effectiveness of reaction diffusion in vertebrate skin color patterning[J]. Annual Review of Cell and Developmental Biology, 2023, 39(1): 145-174.

  6. Milinkovitch M C, Manukyan L, Debry A, et al. Crocodile head scales are not developmental units but emerge from physical cracking[J]. Science, 2013, 339(6115): 78-81.

  7. Santos-Durán G N, Cooper R L, Jahanbakhsh E, et al. Self-organized patterning of crocodile head scales by compressive folding[J]. Nature, 2025, 637(8045): 375-383.

生命复杂性读书会：

生命复杂系统的构成原理

在生物学中心法则的起点，基因作为生命复杂系统的遗传信息载体，在生命周期内稳定存在；而位于中心法则末端的蛋白质，其组织构成和时空变化的复杂性呈指数式增长。随着分子生物学数十年来的突飞猛进，尤其是生命组学（基因组学、转录组学、蛋白质组学和代谢组学等的集合）等领域的日新月异，当代生命科学临近爆发的边缘。如此海量的数据如何帮助我们揭示宇宙中最复杂的物质系统——“人体”的构成原理和设计原理？阐释人类发育、衰老和重大疾病的发生机制？


集智俱乐部联合西湖大学理学院及交叉科学中心讲席教授汤雷翰，国家蛋白质科学中心（北京）副研究员常乘、李杨，香港浸会大学助理教授唐乾元，北京大学前沿交叉学科研究院研究员林一瀚，中国科学院分子细胞科学卓越创新中心博士后唐诗婕，共同发起「生命复杂性：生命复杂系统的构成原理」读书会，从微观细胞尺度、介观组织器官尺度到宏观人体尺度，梳理生命科学领域中的重要问题及重要数据，由生物学家提问，希望促进统计物理、机器学习方法研究者和生命科学研究者之间的深度交流，建立跨学科合作关系，激发新的研究思路和合作项目。读书会目前共进行10期，现在报名参与读书会可以加入读书会社群，观看视频回放，解锁完整读书会权限。


详情请见：

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