为什么不同哺乳动物身上的毛发会呈现出截然不同的排列方式？有些动物的毛囊排列整齐、方向一致，有些则呈现出相对随机的分布。瑞士日内瓦大学研究团队近日提出了一种新的解释：这些复杂的毛囊排列，可能并不需要一套精密的生物定位系统，而是由细胞移动与化学信号之间简单的相互作用自然形成。

这项研究于2026年7月2日发表在美国《国家科学院院刊》（PNAS）上，题为《趋化性自组织解释哺乳动物毛囊图案的形成动态》。研究人员通过数学模型，模拟了实验鼠和刺毛鼠胚胎皮肤中毛囊的形成过程，发现同一种基本的细胞自组织机制，只要调整化学信号和皮肤生长方式，就能够产生不同的毛囊排列图案。

哺乳动物的毛囊并不是出生后才逐渐形成的，而是在胚胎发育阶段就已经开始建立。毛囊最初来自皮肤表皮中的特殊结构，称为胎基板（placode）。类似的胚胎结构也参与形成鸟类的羽毛以及大多数类型的鳞片。因此，理解胎基板如何在皮肤表面准确排列，不仅有助于解释毛发形成，也能够帮助科学家理解不同动物皮肤结构的演化。

长期以来，科学家主要使用一种名为“扩张诱导模型”的理论解释实验室小鼠的毛囊排列。

根据这一理论，每当一个新的胎基板形成时，它就会释放某种抑制性化学物质，暂时阻止附近区域产生其他胎基板。随着胚胎皮肤不断生长，原有抑制物质的影响范围逐渐被拉开，新的胎基板便能够在距离已有结构足够远的位置形成。通过这种方式，毛囊最终形成相对规则的排列。

不过，这一模型虽然能够解释实验室小鼠的部分发育现象，却不一定适用于所有哺乳动物。研究人员一直缺乏证据证明，不同物种的毛囊排列都必须依靠这种由已有毛囊向周围释放抑制信号的机制。

日内瓦大学研究团队因此转向另一种机制：趋化作用（Chemotaxis）。

趋化作用是指细胞能够感知周围化学物质的浓度变化，并沿着化学浓度梯度向特定方向移动。这种现象在生物体内十分常见，例如人体白细胞能够追踪炎症区域释放的化学信号，从而移动到感染或受损组织附近。

研究人员建立的数学模型中，胚胎真皮层内存在能够移动的细胞，而皮肤外层的表皮则会释放一种具有吸引作用的化学信号。真皮细胞会根据周围信号的分布改变移动方向。随着胚胎皮肤不断生长，这些细胞与化学信号之间的局部相互作用，最终能够自发形成胎基板。

令人意外的是，这种机制无需额外设置复杂的定位系统，就能够模拟实验室小鼠毛囊形成过程中观察到的排列变化。

研究人员随后将这一模型应用于刺毛鼠（Acomys dimidiatus）。这种啮齿动物的毛囊具有非常规则、方向性明显的排列方式，与普通实验室小鼠存在显著差异。传统的扩张诱导模型无法很好地解释这种特殊排列。

为了验证新模型，研究团队利用刺毛鼠胚胎皮肤的三维成像实验数据，对模型中的生化参数和皮肤生长方式进行了调整。结果发现，同样基于趋化作用的数学机制，也能够重现刺毛鼠特有的毛囊排列图案。

这意味着，不同哺乳动物的毛囊可能并不需要各自独立演化出一套复杂的定位机制。它们或许共享同一种基本的细胞自组织过程，只是由于细胞之间的相互作用、化学信号强度以及皮肤生长方式不同，最终形成了各自独特的毛发排列结构。

研究人员认为，这种机制也为理解生物进化中的复杂形态提供了新的思路。许多看似高度复杂、经过精确设计的生物结构，实际上可能源于相对简单的局部规则。只要大量细胞按照相似的规则相互作用，就能够在没有中央指挥系统的情况下，自发形成复杂而有序的组织结构。

不过，研究团队也特别强调，目前的成果主要来自数学模型与实验观察之间的吻合，并不能证明趋化作用就是活体皮肤中实际控制毛囊排列的唯一机制。要最终确认这一理论，还需要进一步开展实验，直接观察胚胎发育过程中细胞如何移动，以及相关化学信号如何变化。

这项研究的意义不仅在于解释毛囊排列，也可能为科学家理解皮肤、羽毛、鳞片等复杂生物结构的形成提供新的研究方向。它揭示了一种重要可能性：生物体不一定需要复杂的预设程序才能创造精密结构，简单的细胞行为与化学信号，也可能通过自组织过程产生令人惊叹的生物多样性。