The Morphogenesis Problem
Tutte le cellule di un organismo contengono lo stesso DNA. Eppure le cellule si differenziano — diventando cellule epatiche, neuroni, cellule della pelle, con forme e funzioni completamente diverse. E modelli spaziali emergono spontaneamente — le macchie di un leopardo, le strisce di una zebra, le spirali di un guscio di nautilus. Come sorge l'informazione posizionale in un sistema chimicamente uniforme? Questo è il problema della morfogenesi.
Reaction-Diffusion Systems
Turing propose che due sostanze chimiche — un attivatore e un inibitore — che si diffondono a velocità diverse attraverso il tessuto possono spontaneamente rompere la simmetria spaziale. L'attivatore promuove la propria produzione e quella dell'inibitore; l'inibitore sopprime l'attivatore. Se l'inibitore si diffonde più velocemente dell'attivatore, emergono modelli spaziali stabili (schemi di Turing) — strisce, macchie o geometrie più complesse a seconda dei parametri. L'intuizione chiave: il modello biologico complesso può emergere dalla chimica semplice senza un progetto preesistente.
Conferma e eredità
Gli schemi di Turing sono stati confermati sperimentalmente in sistemi chimici (reazione di Belousov-Zhabotinsky) e, decenni dopo, in sistemi biologici: la spaziatura delle dita (segnalazione BMP e Noggin), il modello dei follicoli piliferi e i modelli di pigmentazione nei pesci. Nel 2012, uno studio ha confermato che il modello delle creste sul palato dei topi segue il meccanismo di reazione-diffusione di Turing. L'articolo che Turing considerava un progetto secondario minore è diventato fondamentale per la biologia dello sviluppo.
Venti domande, otto minuti di orologio e un percentile misurato su tutti quelli che l’hanno fatto. Senza registrazione.
Fai il test del QI →Frequently Asked Questions
Di cosa parla il documento di Turing sulla morfogenesi?
L'articolo del 1952 di Turing 'The Chemical Basis of Morphogenesis' propone che due sostanze chimiche che si diffondono a velocità diverse — un attivatore e un inibitore a diffusione più rapida — possono generare spontaneamente modelli spaziali stabili (schemi di Turing) in tessuto chimicamente uniforme. Questo meccanismo, sostiene, è alla base della formazione di modelli biologici: marcature animali, spaziatura delle dita e sviluppo degli organi.
Gli schemi di Turing sono reali in biologia?
Sì. Gli schemi di Turing sono stati confermati in molteplici sistemi biologici: la spaziatura delle dita è governata dalla dinamica di reazione-diffusione BMP-Noggin; il modello dei follicoli piliferi; la pigmentazione dei pesci (le strisce di zebrafish seguono le equazioni di Turing); e la formazione delle creste palatali nei topi (confermato nel 2012). Il meccanismo descritto da Turing nel 1952 è ora un concetto fondamentale nella biologia dello sviluppo.
Che cos'è un sistema di reazione-diffusione?
Un sistema di reazione-diffusione coinvolge due o più sostanze chimiche che reagiscono l'una con l'altra (produzione, distruzione, attivazione, inibizione) mentre si diffondono nello spazio. Se i tassi di reazione e diffusione si trovano nel regime giusto, il sistema sviluppa spontaneamente modelli spaziali stabili da uno stato inizialmente uniforme. Turing analizzò per primo questo in un contesto biologico; la matematica si applica alla chimica, all'ecologia e alla scienza dei materiali.
Leggi l'articolo completo su Geniuses.Club