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几个世纪以来，郁金香条纹图案成因成谜。研究人员针对此开展郁金香碎色病毒（TBV）感染花瓣致条纹形成机制的研究。通过构建数学模型，发现 TBV 与资源的动态作用形成图灵（Turing）样图案，解释了这一 350 年谜团，意义重大。
郁金香，作为花卉中的明星，其色彩斑斓的花瓣一直吸引着人们的目光，尤其是那些带有条纹图案的郁金香，更是美得独特而神秘。自 17 世纪起，人们就对郁金香条纹图案的形成机制充满好奇，却始终未能找到答案。1928 年，科学家发现这些条纹图案是由郁金香碎色病毒（TBV）感染所致，但病毒感染究竟如何引发条纹图案，这一问题长期悬而未决。为了揭开这个困扰人们多年的谜团，来自加拿大阿尔伯塔大学（University of Alberta）和阿萨巴斯卡大学（Athabasca University）的研究人员展开了深入研究。他们构建了一个数学模型，成功解释了 TBV 感染花瓣导致条纹图案形成的潜在不稳定性机制，这一研究成果发表在《Communications Biology》上，为解开这一长达 350 年的谜团提供了关键线索 ，也为相关领域的研究开辟了新的方向。
在研究方法上，研究人员主要运用了以下关键技术：一是建立数学模型，通过描述感染 TBV 的郁金香花瓣中色素（花青素，anthocyaninT）、病毒（TBV，以病毒载量V衡量）和病毒资源（底物B）之间的时空动态和生物学反应，构建了包含偏微分方程（PDEs）的模型；二是采用 Crampin 等人的方法，将生长域引入 PDEs 的公式化表达，对生长中的郁金香花瓣进行参数化处理，以研究花瓣生长和图案形成的关系 。
研究结果主要通过以下几方面呈现：
- 构建 TBV 模型：模型描述了花青素T、病毒载量V和底物B的动态变化。花青素T的产生和降解遵循 Wolpert 模型，病毒的存在会降低花青素T的生物合成，且花青素T存在自调节机制；底物B的变化采用逻辑斯谛增长模型，其消耗与病毒复制相关；病毒载量V的产生和降解也在模型中得以体现，且考虑了花青素T对病毒的抑制作用 。
- 将郁金香花瓣生长纳入模型：把花瓣基部看作一维区间 [0, L(t)]，其随时间延长。以 “Tulipa Seadov” 品种为例，通过对花瓣静脉垂直弧的研究，将其参数化为圆弧，得出花瓣生长的逻辑斯蒂函数L(t) ，并据此创建了与开花时间相关的花瓣生长函数 。
- 生长郁金香花瓣上出现条纹图案：利用描述域生长的解析函数求解 TBV 模型，从不同初始条件进行模拟。前向模型（Forward Model）从花瓣基部初始条件开始模拟，后向模型（Backward Model）从花瓣外边缘初始条件开始模拟。结果显示，较小的模拟域条纹较少，较大的模拟域条纹较多；且两个模型在花瓣图案形成上存在差异，前向模型中病毒图案形成动力学在花瓣开始生长时就起作用，而后向模型中病毒对图案形成的影响有延迟，存在无图案的过渡期，这一差异与荷兰黄金时代画家画作中的郁金香花瓣图案相似 。
- Turing 和 Wolpert 机制协同解释条纹图案：通过多尺度和 Turing 稳定性分析，发现底物和病毒作用时间尺度比色素沉着快，底物 - 病毒子系统形成预图案，较慢的花青素T方程根据病毒浓度高低表达不同色素水平，从而放大预图案形成条纹 。
研究结论和讨论部分表明，该研究构建的 TBV 模型揭示了 TBV 与资源的动态相互作用形成类似 Turing 图案，且这一过程发生在比色素动力学更快的时间尺度上，Turing 和 Wolpert 两种图案形成机制在不同时间尺度上协同作用，最终在生长的花瓣上形成条纹图案。这不仅解开了郁金香条纹图案形成机制的谜团，还拓展和应用了 Crampin 的生长域建模方法，为研究其他生物系统图案形成提供了思路。虽然目前 “真正” 感染病毒的郁金香鳞茎在市场上难以获取，但自然界存在条纹郁金香品种，不过该模型能否应用于工程培育的郁金香品种仍不确定。未来，对模型的进一步修改有望应用于更多植物图案形成问题的研究，这一研究成果为植物学、病毒学以及数学与生物学交叉领域的研究提供了重要参考，具有深远的科学意义 。
