Il problema della morfogenesi
Tutte le cellule di un organismo contengono lo stesso DNA. Eppure le cellule si differenziano, diventando cellule epatiche, neuroni, cellule cutanee, con forme e funzioni completamente diverse. E i pattern spaziali emergono spontaneamente: le macchie di un leopardo, le strisce di una zebra, le spirali della conchiglia di un nautilo. Come nasce l'informazione posizionale in un sistema chimicamente uniforme? Questo è il problema della morfogenesi.
Sistemi di reazione-diffusione
Turing propose che due sostanze chimiche, un attivatore e un inibitore, diffondendo a velocità diverse attraverso il tessuto, possano rompere spontaneamente la simmetria spaziale. L'attivatore promuove la propria produzione e quella dell'inibitore; l'inibitore sopprime l'attivatore. Se l'inibitore diffonde più velocemente dell'attivatore, emergono pattern spaziali stabili (pattern di Turing): strisce, macchie o geometrie più complesse a seconda dei parametri. L'intuizione chiave: i pattern biologici complessi possono nascere da una chimica semplice senza un progetto preesistente.
Conferma ed eredità
I pattern 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), la disposizione dei follicoli piliferi e i pattern di pigmentazione nei pesci. Nel 2012, uno studio ha confermato che il pattern delle creste sul palato del topo segue il meccanismo di reazione-diffusione di Turing. Il saggio 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 →Domande frequenti
Di cosa tratta il saggio sulla morfogenesi di Turing?
Il saggio del 1952 di Turing, 'The Chemical Basis of Morphogenesis', propone che due sostanze chimiche che diffondono a velocità diverse, un attivatore e un inibitore che diffonde più velocemente, possano generare spontaneamente pattern spaziali stabili (pattern di Turing) in un tessuto chimicamente uniforme. Questo meccanismo, sostenne, è alla base della formazione dei pattern biologici: marcature animali, spaziatura delle dita e sviluppo degli organi.
I pattern di Turing sono reali in biologia?
Sì. I pattern di Turing sono stati confermati in molteplici sistemi biologici: la spaziatura delle dita è governata dalla dinamica di reazione-diffusione BMP-Noggin; la disposizione dei follicoli piliferi; la pigmentazione dei pesci (le strisce del pesce zebra seguono le equazioni di Turing); e la formazione delle creste palatali nei topi (confermata nel 2012). Il meccanismo descritto da Turing nel 1952 è ora un concetto fondamentale nella biologia dello sviluppo.
Cos'è un sistema di reazione-diffusione?
Un sistema di reazione-diffusione coinvolge due o più sostanze chimiche che reagiscono tra loro (produzione, distruzione, attivazione, inibizione) diffondendo contemporaneamente nello spazio. Se le velocità di reazione e diffusione rientrano nel giusto regime, il sistema sviluppa spontaneamente pattern spaziali stabili partendo da uno stato inizialmente uniforme. Turing analizzò questo per primo in un contesto biologico; la matematica si applica alla chimica, all'ecologia e alla scienza dei materiali.