The Morphogenesis Problem
生物体のすべての細胞は同じDNAを含んでいる。それでも細胞は分化する—肝臓細胞、ニューロン、皮膚細胞になり、完全に異なる形と機能を持つ。そして空間パターンが自発的に出現する—ヒョウの斑点、シマウマの縞模様、オウムガイの螺旋。化学的に均一なシステムでどのように位置情報が生じるのか。これが形態形成の問題である。
Reaction-Diffusion Systems
チューリングは2つの化学物質—活性剤と阻害剤—が異なる速度で組織を通じて拡散することで、空間的対称性が自発的に破れることを提案した。活性剤はその独自の生成と阻害剤の生成を促進する。阻害剤は活性剤を抑制する。阻害剤が活性剤より速く拡散すれば、安定した空間パターン（チューリングパターン）が出現する—縞模様、斑点、またはパラメータに応じてより複雑な幾何学図形。重要な洞察は、複雑な生物学的パターンが既存の設計図のない単純な化学から生じることができるということだ。
確認と遺産
チューリングパターンは化学システム（ベロウソフ-ジャボチンスキー反応）で実験的に確認され、数十年後、生物学的システムで確認された。指の間隔（BMP と Noggin シグナル伝達）、毛包パターニング、魚の色素パターンである。2012年の研究は、マウスの口蓋隆起のパターンがチューリングの反応拡散メカニズムに従うことを確認した。チューリングが軽微な副次プロジェクトと考えていた論文は、発生生物学の基礎となった。
Frequently Asked Questions
チューリングの形態形成論文は何について論じているのか
1952年のチューリングの論文『形態形成の化学的基礎』は、異なる速度で拡散する2つの化学物質—活性剤とより速く拡散する阻害剤—が、化学的に均一な組織に安定した空間パターン（チューリングパターン）を自発的に生成できることを提案した。彼はこのメカニズムが生物学的パターン形成、すなわち動物の斑紋、指の間隔、臓器発生の基盤になると論じた。
チューリングパターンは生物学の中で実際に存在するのか
存在する。チューリングパターンは複数の生物学的システムで確認されている。指の間隔はBMP-Noggin反応拡散ダイナミクスで制御され、毛包パターニング、魚の色素沈着（ゼブラフィッシュの縞模様はチューリング方程式に従う）、マウスの口蓋隆起形成（2012年に確認）がある。チューリングが1952年に記述したメカニズムは、現在発生生物学の基本概念となっている。
反応拡散系とは何か
反応拡散系は、互いに反応する（生成、破壊、活性化、阻害）2つ以上の化学物質で構成される。同時にこれらは空間を通じて拡散する。反応と拡散の速度が適切な領域にあれば、系は初期状態が均一であっても自発的に安定した空間パターンを発展させる。チューリングが初めて生物学的文脈でこれを分析した。数学は化学、生態学、材料科学に応用される。
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