Chez les humains, la couleur des cheveux est la pigmentation des follicules pileux naturellement déterminée par deux types de mélanine, l'eumélanine et la phéomélanine. La phéomélanine est responsable de la couleur rousse. L'eumélanine, qui a deux sous-types (noir ou brun), détermine la couleur du cheveu en fonction de sa concentration (plus la quantité de mélanine est importante, plus le cheveu est foncé). Une faible concentration d'eumélanine brune donne des cheveux blonds, tandis qu'une concentration plus élevée donne des cheveux bruns. Une faible concentration d'eumélanine noire donne des cheveux gris, tandis qu'une concentration plus élevée donne des cheveux noirs. On qualifie parfois abusivement de cheveux gris une présence simultanée de cheveux blancs et bruns donnant une impression de gris. Une autre expression également répandue et plus exacte est poivre et sel. La phéomélanine est chimiquement plus stable que l'eumélanine noire, mais moins que l'eumélanine brune qui s'oxyde plus lentement. C'est pourquoi, pendant le processus de décoloration artificielle, le peroxyde d'hydrogène donne aux cheveux plus foncés une teinte rougeâtre, puis orange, jaune et enfin blanc. La génétique de la couleur de cheveux n'est pas encore fermement établie. Selon une théorie, au moins deux paires de gènes contrôlent la couleur de cheveux humains : un phénotype (brun / blond) a un allèle dominant marron et un allèle récessif blond. Une personne avec un allèle brun a les cheveux bruns, une personne qui n'a pas d'allèle brun sera blonde. C'est ce qui explique pourquoi deux parents aux cheveux bruns peuvent avoir un enfant aux cheveux blonds ; l'autre phénotype (roux / non roux) a un allèle non roux (ce qui inhibe la synthèse de phéomélanine) dominant tandis que l'allèle de cheveux roux est récessif. Une personne avec deux copies de l'allèle roux aura des cheveux roux, mais elle aura une chevelure auburn ou rouge-orangée selon que la paire du premier gène a un phénotype brun ou blond.

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