頭髮為什麼會彎曲或垂落，這聽起來似乎是個簡單的問題，但答案卻相當複雜。從某種程度上來說，頭髮的質地源自於一個人的基因。 2009 年的一項研究調查了波浪和捲曲的遺傳學，發現其遺傳率在 85% 到 95% 之間。 （這意味著樣本中大約十分之九的頭髮質地差異可以歸因於 DNA。）那麼，這種遺傳因素在單根頭髮上是如何體現的呢？研究表明，髮絲的彎曲程度取決於毛囊的特性。當毛囊不對稱時，它長出的頭髮呈橢圓形，並且容易捲曲。而當毛囊對稱時，長出的頭髮則呈現圓形且筆直。
捲髮還可以根據其成分和結構進行描述。法國克利希的研究團隊（受僱於化妝品公司歐萊雅）利用電子顯微鏡比較了直髮和捲髮的纖維。直發的橫斷面呈圓形，結構對稱。而捲髮中一種特定類型的角蛋白分佈不均勻。這種蛋白質——與其他類型的角蛋白一起構成頭髮的主要成分——在捲髮的內側邊緣，也就是捲曲的下方，會聚集在一起。
即使天生毛囊對稱，直髮也可能透過某些途徑變成捲髮。科學家發現，一種名為EGFR的細胞受體聚集在毛囊外根鞘上，似乎能夠調節頭髮的生長。某些抑制這些受體的抗癌藥物可能會導致患者捲髮的副作用。
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