科学家薅完羊毛后，终于搞懂了为什么会有自然卷_风闻

本文转载自中国科普博览

从小到大我们都开过无数“证明”，但这次网友需要开的“证明”览览还是第一次见。

这真是让自带羊毛卷的朋友们哭晕了，还没出生就被Tony老师烫了一头卷该怎么证明？

为什么有的人是直发，有的人则是卷发？为什么有人在妈妈肚子里就做好了头发？这似乎是个简单的问题，但答案却相当复杂。

Part.1

头发是卷是直，基因说了算

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。 

EDAR在染色体上的位置 图源Wikipedia

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。

 

8个不同等级的卷发程度图源，文献1

**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。

不同头发弯曲类型的横截面 图源：https://curlyhairlounge.com

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。

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：

不同种族人群的发质差异 图源：文献1

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。

Part.2

同样是卷发，

为什么你的是波浪卷，我的是绵羊卷

图源：pixabay

这就得说到卷曲程度是由什么决定的了。

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。

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。

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。

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。

Part.3

检测羊毛竟然能知道人头发卷曲的真相？

美利奴绵羊毛和人类的头发非常相似，而且更容易研究

图源：https://www.abc.net.au/cm/rimage/9572536-3x2-large.jpg?v=2

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。

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。

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.jpg

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。

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。

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。 

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

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。

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。

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.jpg

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2

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。 

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2

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。

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。

红色为外径细胞，绿色为内径细胞 图源：文献2

这就是毛发卷曲的秘密。

参考文献：

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.2009.10.009

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.