你们骂的或者追捧的白虎白狮，到底是怎么形成的？
这两天有个新闻，说广州动物园里有只基因变异的非洲白狮顶着齐刘海，看起来很滑稽，怀疑是人工给剪的。
后来有工作人员否认了这一点，据说是因为前段时间下雨，狮子自己打理的，今天已经不是这个发型了。
齐刘海狮子阿杭，别说这发型还挺时髦 图片来源：微博 @广州动物园
Tony杭? 图片来源：微博 @广州动物园
不过由此该动物园也确实小火了一把。而要说我对广州的动物园印象比较深的，是同样广州的另外一个动物园里，据说有全世界最多的白虎。这些老虎基本都是孟加拉虎的变种，白底黑棕花蓝眼睛，很明显缺乏黑色素。
但是，问题来了，为什么老虎的斑纹一定是条纹？既然是已经是白虎，为什么它的条纹依然是黑的呢？
广州长隆动物园的小白虎 图片来源：微博 @长隆野生动物世界
老虎为啥是条纹？从大的生态尺度上讲，条纹是虎对于高草环境的一种适应，有利于它们隐藏自己，迷惑猎物，增加捕猎成功的概率。
而从微观世界来说，一句话，基因决定一切。
花纹（pattern）是所有猫科动物的出厂配置。尽管狮子和美洲狮是两种看上去比较干净的“纯色”猫科动物，然而它们幼崽身上所携带的斑点（spotted）依然暴露了基因的隐私；即使是你家里一根杂毛也没有的白猫主子，往前推个几代或者上溯到它的野猫祖先，也是毫无疑问的花纹猫。
美洲狮幼崽全身都有斑纹 图片来源：网络
以人们最熟悉的家猫（felis catus）为例，其花纹可以归纳为两种基本倾向：条纹型和斑点型。条纹型有鲭鱼斑（mackerel）的狸花，漩涡纹（blotched）的美短；斑点型则有点状斑（spotted）的孟豹；还有无纹痕（ticked）的阿比西尼亚等。
值得一提的是，花纹猫的头上都有或多或少、或深或浅的“m”形纹样，这或许是它们与豹猫、亚洲金猫等野外亲戚一样，拥有类似的花纹控制基因的证据。
斑猫图案类型 图片来源：网络
1968年，学者AG Searle在其著作中推测，家猫的斑纹可能分别与老虎或猎豹的黑色条纹或斑点同源。
猜想在之后逐步得到了验证。2013年，有研究团队（C B. Kaelin和徐霄等,2013）对家猫和野生猫科动物的斑纹基因进行了遗传分析。
文章写道：“（在已有的研究中，家猫的）斑纹是由两个特征组成的。①浅色背景部分……和②叠加的深色部分……在条纹型的身上，深色部分被组织成狭窄的垂直条纹，具有恒定和规则的间距，而在斑点型中，深色部分被扩展成一个不太有组织的、宽阔的轮形结构……其他猫科动物斑纹的规律颜色图案可能代表了同样的过程。”
换句话说，斑点可能也是通过对条纹基因表达的改变而产生的一种特殊形态。
条纹型和斑点型的家猫 图片来源：网络
那有没有可能把条纹的虎整成别的涂装呢？有可能。
经过实验，Kaelin和徐霄等人成功找到了名为Taqpep（Transmembrane aminopeptidase Q）的基因，可以控制家猫斑纹的表达，并发现它也是造成王猎豹表型的原因。
目前已知三种猫里面的突变都和Taqpep的突变有关：
1.普通条纹的家猫 --> 美短漩涡纹（blotch)
2.普通非洲猎豹 --> 王猎豹
3. 普通黄虎 --> 伪黑化虎
具体来说，在猫科动物的胚胎时期，毛囊发育时或之前，Tagpep就会建立起一个斑纹的预模式，基本确定斑纹的表现。当Taqpep的表达效果较低时，动物的毛皮的深色区域会被扩大，并产生较小的间隔。
至于这个区域的颜色，则会通过Edn3（Endothelin-3，内皮素-3）的旁分泌作用（paracrine expression），调节黑色素的浓度，产生各种不一样的条纹颜色。
并且随着动物个体的成长，这样的图案只会等比扩大，不会再有变化（所以你要是把自家主子剃光，会发现它皮上就带斑纹，跟毛是一样的）。
没想到吧，皮和毛的斑纹同步 图片来源：网络
无独有偶，2021年的一项研究也表明，印度西姆里帕尔国家公园（Similipal National Park）中的老虎的伪黑化（pseudomelanistic）现象（不是整体变黑，而是斑纹融合密集），正是由于Tagpep基因的突变导致。
翻译翻译就是，猫科动物的斑纹形成分为两个阶段，第一阶段是由基因先把斑纹的图案画出来，第二阶段是调节各种黑色素给图案填色。
老虎想要改变自己的条纹涂装，就得从图案生成阶段着手。
有没有没有条纹的老虎？不好意思，这个真没有。
这时可能有人质疑：明明有啊，我就见过没有斑纹的雪虎（snow tiger）。但事实上，雪虎也是有斑纹的，只是因为它们的斑纹非常浅淡，只在尾部和四肢相对明显。
雪虎也不是纯白的，仔细看是有斑纹的 图片来源：微博 @长隆野生动物世界
除了我们熟悉的橙底黑条的常见大橘以外，还有三种不太为人所知的老虎涂装：白底棕褐色条纹的白虎（white tiger），金底红棕条的金虎（golden tiger）以及前面提到的白底带极少淡褐色环纹的雪虎。
至于它们的底色和条纹为啥都可以从深到浅的变化，这就要提到黑色素的影响。
对哺乳动物而言，毛发的颜色主要由真黑素和褐黑素决定，前者的多寡会决定毛发中黑、灰、棕几个颜色的表现，而后者决定的是黄色和橘红色的表现，人也是如此。
正因所有的颜色都是黑色素的不同混合和表达，所以自然状态下的哺乳动物只有黑-灰-棕-红-黄-白这类颜色，诸如绿色的老虎、蓝色的人之类，都是不存在的。
黄河三角洲动物园的金虎 图片来源：网络
回到“生着生着就没墨了”的白虎、金虎和雪虎上，2017年，从2013到2017年，回到北大罗述金团队的徐霄博士继续揭示虎毛色的遗传多样性机制（Xu等，2013，2017）。
研究表明，与正常虎相比，白虎的白色皮毛是一种常色体隐性性状，如果将白毛基因定义为W，那么白虎的基因型就是w/w；金虎的金底红条是另一种常染色体隐性性状，会使得虎的条纹看起来更细、更浅淡稀疏，如果将其定义为WB，那么金虎的基因型就是wb/wb。
而雪虎的白皮无纹是一个多基因性状，它由W和WB基因的双隐性效应决定，即w/w；wb/wb型。
到这里可能就有不少人已经懵了，其实这跟高中时学的孟德尔豌豆杂交实验是一个道理。
简单来说，就是虎宝的底色和条纹可以由两个基因决定，折腾底色的时候出现了情况，就会变成白虎，折腾条纹的时候出了情况就是金虎，如果两个都有情况，就会变成纹路很淡的白色雪虎。
雪虎：真的一点儿墨都没有了吗？图片来源：网络
再详细一点解释，形态学上将老虎的毛发分为长而直的护毛（guard hair）和短而卷的底毛（underhair）。研究显示，不同的老虎毛色变体在毛发组成上的模式是一致的，即90%的毛发是底毛。
正常老虎的橙色底毛是刺鼠型（agouti-pattern）（刺鼠型底毛意味着一根毛发上会有多种颜色），有深色的尖端和基部、以及中间的褐黑素造成的橙色，条纹部分毛发是均匀的黑色。
刺鼠型毛与纯色毛 图片来源：网络
在此之前，已有研究（Xiao Xu,2013）可以证明，白虎的底毛白色，是由SLC45A2基因的突变p.A477V导致。
与常见的橙色虎相比，金虎的底毛虽然也是一毛多色的刺鼠型，但其尖端和基部的深色都更少，中间褐黑素的部分更多（即WB表型），条纹的毛则是纯红棕色。实验证明，金虎毛发中真黑素含量下降的原因是CORIN基因的p.H587Y突变。
而而雪虎的白皮无纹是一个多基因性状，它由白虎（W）和金虎（WB）基因的双隐性效应决定：SLC45A2 p.A477V和CORIN p.H587Y突变的双重纯合子，白虎突变和金虎突变的结合会减少整个毛皮的黑色素生成，从而产生几乎无纹的白色老虎。
现存5 种虎毛色型（野生型黄虎、白虎、金虎、雪虎和黑虎）及由Mc1r 与Ednrb 信号通路介导的黑色素合成网络在Slc45a2 和Corin基因突变影响下细胞分子水平的改变。来源：陆道炜, 徐霄, 罗述金. 虎毛色多样性的遗传演化[J]. 生物学通报.
为什么要研究猫科动物的这些皮毛和斑纹呢？除了研究者的个人兴趣之外，这些特殊的皮毛个体的基因也是生物多样性保护中值得关注的问题。
比如白虎，过去的材料大多认为它是白化病，且白色斑纹可能会对动物在野外的生存产生致命影响，而且也会损害其本身的身体健康……
然而随着研究的深入，人们发现在野外捕获或射杀的许多白虎都是成年白虎，这一事实表明，野外的白虎有独自生存的能力。
科学研究告诉我们：白虎并不是白化病，而是另一种基因变异的产物。野生白虎曾经以稀少但还算稳定的比例在印度丛林中存在了至少数百年，这说明白虎基因本身是虎基因多样性的体现，对于生存和繁衍并没有直接的影响。
现在动物园中圈养白虎的畸形、寿命等问题，事实上是人类为了保存白虎性状进行近亲繁殖的锅。
不仅是白虎，对于东北虎、华南虎在内任何动物进行近亲繁殖都会造成严重的恶果。
不同色型的虎各有各的美，这是一种多样性，并不是疾病 图片来源：pexels.com
再比如王猎豹，尽管图案与其他猎豹相比有所区别，但并没有证据表明皮毛颜色会对其野外生存产生严重的影响，对王猎豹生存威胁最大的依然来自人类活动。
还有黑化的豹、美洲豹、黑金猫等等，已知目前有14种野生猫科动物会出现黑色型，然而黑化这个特质可能并不会对野生动物的生存适应能力产生明显的增强或减弱影响。
有资料显示，在一些较为湿润的森林地区，黑化的豹和美洲豹个体更为常见，这甚至或许是一种更方便捕猎的适应。
王猎豹身上的斑纹比猎豹更大 图片来源：网络
不仅限于野生动物，在品种猫的培育上，对基因的研究也可能有助于维持或创造出新的性状，这样的话，也许有一天如萨凡纳、孟豹这样的猫能够脱离野生猫的血系，在既保留稳定特征的同时，减少对野生动物资源的消耗和潜在威胁。
也许当某一天人们不再把白虎白狮当作万里挑一的宝贝在上面花费大量精力，而是将它当作动物的正常表现来看待的话，它们的野生种群便能获得更多关注。
另外，黑狸豹是个啥，在线等，挺急的（手动划掉）。
科学审校：罗述金
参考文献：
陆道炜, 徐霄, 罗述金. 虎毛色多样性的遗传演化[J]. 生物学通报.
Sagar V, Kaelin C B, Natesh M, et al. (2021). High frequency of an otherwise rare phenotype in a small and isolated tiger population. PNAS 118(39): e2025273118.
Kaelin CB*, Xu X*, Hong LZ, David VA, McGowan KA, Schmidt-Kuntzel A, Roelke ME, Pontius J, Cooper GM, Manuel H, Marker L, Harper CK, van Dyk A, Yue B, Mullikin JC, Warren WC, Eizirik E, O’Brien SJ, Barsh GS, Menotti-Raymond M (2012) Specifying and sustaining pigmentation pattern in domestic and wild cats. Science 337: 1536-1541.
Xu X, Dong GX, Schmidt-Kuntzel A, Zhang XL, Zhuang Y, Fang R, Sun X, Hu XS, Zhang TY, Yang HD, Zhang DL, Marker L, Jiang ZF, Li R, Luo SJ (2017). The genetics of tiger pelage color variations. Cell Research 27: 954-957.
Xu X, Dong GX, Hu XS, Miao L, Zhang XL, Zhang DL, Yang HD, Zhang TY, Zou ZT, Zhang TT, Zhuang Y, Bhak J, Cho YS, Dai WT, Jiang TJ, Xie C, Li R, Luo SJ (2013). The genetic basis of white tigers. Current Biology 23(11): 1031-1035.
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