The Morphogenesis Problem
Bir organizmadaki tüm hücreler aynı DNA'yı içerir. Yine de hücreler farklılaşır — karaciğer hücreleri, nöronlar, cilt hücreleri haline gelir, tamamen farklı şekil ve işlevlerle. Ve uzaysal desenler kendiliğinden ortaya çıkar — leoparın benekleri, zebranın çizgileri, nautilus kabuğunun spiralleri. Konumsal bilgi kimyasal olarak homojen bir sistemde nasıl ortaya çıkar? Bu, morfogenez problemdir.
Reaction-Diffusion Systems
Turing, iki kimyasalın — bir aktivatör ve bir inhibitör — dokunun içinde farklı hızlarda difüze olarak kendiliğinden uzaysal simetriyi kırabileceklerini öne sürdü. Aktivatör kendi üretimini ve inhibitörün üretimini teşvik eder; inhibitör aktivatörü bastırır. İnhibitör aktivatörden daha hızlı difüze olursa, kararlı uzaysal desenler (Turing desenleri) ortaya çıkar — parametrelere bağlı olarak çizgiler, benekler veya daha karmaşık geometriler. Temel içgörü: karmaşık biyolojik desen önceden var olan bir planı olmaksızın basit kimyadan ortaya çıkabilir.
Doğrulama ve Miras
Turing desenleri kimyasal sistemlerde (Belousov-Zhabotinsky reaksiyonu) deneysel olarak doğrulanmış ve on yıllar sonra biyolojik sistemlerde doğrulanmıştır: parmakların aralığı (BMP ve Noggin sinyallemesi), saç follikülü desenlemesi ve balıklardaki pigment desenleri. 2012 yılında yapılan bir çalışma, fare damağındaki çizimlerin deseninin Turing'in reaksiyon-difüzyon mekanizmasını takip ettiğini doğrulamıştır. Turing'in küçük bir yan proje olarak gördüğü makale, gelişimsel biyolojinin temelini oluşturmaya başlamıştır.
Frequently Asked Questions
Turing'in morfogenez makalesi neyle ilgilidir?
Turing'in 1952 yılındaki 'Morfogenezin Kimyasal Temeli' başlıklı makalesi, farklı hızlarda difüze olan iki kimyasalın — bir aktivatör ve daha hızlı difüze olan bir inhibitör — kimyasal olarak homojen dokuda kendiliğinden kararlı uzaysal desenler (Turing desenleri) oluşturabileceğini öne sürer. Turing bu mekanizmanın biyolojik desen oluşumunun temelini oluşturduğunu savunur: hayvan markaları, rakam aralığı ve organ gelişimi.
Turing desenleri biyolojide gerçek midir?
Evet. Turing desenleri birden çok biyolojik sistemde doğrulanmıştır: parmakların aralığı BMP-Noggin reaksiyon-difüzyon dinamikleri tarafından yönetilir; saç follikülü desenlemesi; balık pigmentasyonu (zebra balığı çizgileri Turing denklemlerine uyar); ve farelerdeki damak sırtı oluşumu (2012'de doğrulanmış). Turing'in 1952'de açıkladığı mekanizm artık gelişimsel biyolojinin temel kavramıdır.
Reaksiyon-difüzyon sistemi nedir?
Reaksiyon-difüzyon sistemi, birbirleriyle tepkimeye giren (üretim, yıkım, aktivasyon, inhibisyon) ve aynı zamanda uzay boyunca difüze olan iki veya daha fazla kimyasalı içerir. Reaksiyon ve difüzyon hızları doğru rejimde ise, sistem başlangıçta homojen bir durumdan kendiliğinden kararlı uzaysal desenler geliştirir. Turing bunu ilk olarak biyolojik bir bağlamda analiz etmiş; matematik kimya, ekoloji ve malzeme biliminde geçerlidir.
Geniuses.Club'da tam makaleyi okuyun