Din cuprinsul articolului
Au trecut 60 de ani de când Alan Turing, spărgătorul de coduri Enigma, a venit cu o teorie pentru a explica de ce leopardul are petele sale. În timp ce anumite cercetări din domeniul celulelor stem îi dau dreptate. Analizăm modul în care modelele din natură pot fi explicate prin matematică.
Este un tip rar care privește amestecul vizual al blănii animalelor , printre care și leopardul cu pete și dungi și identifică o modalitate de a aplica ordinea formelor prin matematică.
Minunile naturii explicate de oameni de știință
Caracterul aparent aleatoriu al modelelor care apar în natură, dunga în zigzag a unei zebre sau mozaicul labirintic al pielii unei girafe, sunt acceptate fără îndoială de majoritatea dintre noi.
Alan Turing, prolificul matematician cunoscut pentru că a ajutat la spargerea codului Enigma la Bletchley Park în timpul celui de-al Doilea Război Mondial și pentru că a scris o lucrare științifică ce va sta la baza calculatoarelor moderne, nu s-a mulțumit doar să se minuneze de miracolul naturii.
În 1952, Turing a publicat o lucrare revoluționară intitulată „Bazele chimice ale morfogenezei” – ultima sa lucrare înainte de aparenta sa sinucidere chiar înainte de a împlini 42 de ani – care conținea o schemă matematică elegantă pentru formarea modelelor întâlnite la animale și plante.
El a argumentat că modelele erau departe de a fi aleatorii și că erau rezultatul interacțiunii unor substanțe chimice care se răspândesc între grupuri de celule identice. El a inventat termenul morfogen (morpho, din greacă pentru „formă” și gen, din greacă pentru „a naște”), care înseamnă formatori de forme.
Cum este definit procesul de reacție difuzie
Turing a fost în mod deliberat vag cu privire la ce erau acești morfogeni. Ar putea fi hormoni, poate, sau gene, a căror natură chimică, în anii 1950, nu fusese încă deslușită. Ideea principală era că acestea se difuzează și reacționează unele cu altele: acest lucru se numește acum procesul de reacție-difuzie, potrivit bbcearth.com
Sursă foto: holematthi.ro
Teoria sa expusă într-o matematică seducătoare, susținea că în interiorul țesutului sau al celulelor există două morfogene care acționează una asupra celeilalte: una îl creează pe celălalt și produce din ce în ce mai mult din ea însăși, iar cealaltă, a doua substanță chimică, limitează crearea celei dintâi.
Ambele difuzează, sau, cu alte cuvinte, se răspândesc, cu viteze diferite. A fost comparată cu o situație de tip prădător-prădător; ideea că, în mod repetat, în dezvoltarea unei entități biologice, două substanțe chimice pot lucra în tandem atât independent, cât și în competiție. Este ca și cum unul îl alungă pe celălalt.
Cum au apărut dungile animalelor
Timp de trei decenii, teoria lui Turing privind morfogeneza a fost în mare parte ignorată de biologi. Însă sosirea combinată a computerelor puternice și zorii biologiei moleculare moderne a celulelor, precum și activitatea a două generații de oameni de știință care au luat în serios teoria lui Turing începând cu anii ’80, au contribuit la demonstrarea acesteia.
Jeremy Green, profesor de biologie a dezvoltării la King’s College London, și echipa sa au furnizat una dintre primele dovezi non-teoretice ale ideilor lui Turing în 2014, când au descoperit că crestele de pe cerul gurii unui șoarece acționau ca niște dungi sau pete în morfogeneză.
sursă foto: evz.ro
Ei au identificat cele două substanțe chimice necesare pentru a produce acest lucru, și au demonstrat la șoareci că funcționează.
‘A fost posibil, dar numai în timpuri foarte recente, să testăm cu adevărat teoria lui Turing’, spune profesorul Green. „Există un număr relativ limitat de exemple în care oamenii au făcut acest lucru într-un mod riguros – pielea fiind unul dintre ele, cercetările mele asupra palatului fiind altul, iar asimetria stânga-dreapta la pești fiind al treilea. Turing a avut dreptate, iar acum avem numele (formatorilor de forme)”.
În linii mari, în acest caz, morfogenele s-au dovedit a fi factori de creștere proteică, dintre care există șase factori principali. „Fiecare dintre cei șase poate avea o mulțime de arome diferite”, spune Green – astfel încât determinarea funcției fiecărui morfogen va fi esențială, pe măsură ce oamenii de știință încearcă să programeze anumite celule stem pentru a face anumite lucruri în organism.
Poate fi contraintuitiv pentru mulți dintre noi, dar are sens ca un matematician să se uite la modelele din biologie și să încerce să formuleze o ecuație pentru existența lor. Abia acum oamenii de știință își dau seama cât de departe a fost gândirea lui Turing.
