Ads-728

Ads-728

Psicología

Astrofísica

Genética

Neurociencia

» » Afinando las ecuaciones de patrones de Turing

Referencia: Science.News.org .
"Tweaking the pattern equations"
por Tina Hesman Saey, 21 de diciembre 2015
************************************************
La historia matemática de cómo consiguieron los tigres sus rayas y los leopardos sus manchas se ha sometido a una ligera revisión.
Las manchas como las de la capa de un guepardo puede estar regidas por las reglas establecidas por el informático Alan Turing. Un biólogo celular del desarrollo ahora ofrece una visión ligeramente distinta de las ecuaciones de Turing para explicar cómo las interacciones celulares pueden crear patrones naturales. Tambako The jaguar/Flickr (CC BY-ND 2.0)
En 1952, el científico informático y gran pensador Alan Turing ideó una teoría acerca de cómo se repiten los patrones regulares, desde la pigmentación en el pelaje de un animal a la disposición de las hojas de los helechos, en la naturaleza. Su idea era que dos sustancias químicas, que él llamó morfógenos, interactúan en su propagación por una superficie para crear patrones.

Los biólogos han encontrado pocas evidencias de que esos patrones de la naturaleza se puedan crear tal y como Turing describió. Por otra parte, los químicos no se difunden libremente por los cuerpos.

Aun así, Shigeru Kondo, de la Universidad de Osaka en Japón, pensó que había algo en la idea de Turing. "Vi que esta teoría era demasiado buena para descartarla", dijo Kondo en la reunión anual de la Sociedad Americana de Biología Celular de 15 de diciembre.

Las ecuaciones de Turing requieren que uno de los morfógenos sea un "activador" que estimula una reacción química y el otro sea un "inhibidor" del activador. El activador debe estimular su propia actividad en distancias cortas, mientras que el inhibidor debe trabajar en contra del activador, en un circuito retroalimentado a larga distancia, según propuso Turing. Esta idea capturó el interés de los científicos porque una sencilla fórmula reprodujera tan fielmente los patrones naturales.

En 2014, Kondo y su colega, Hiroaki Yamanaka, demostraron que las células de pigmento amarillo y negro reproducen una "etiqueta" en la piel del pez cebra (SN: 2/22/14, p 9). El comportamiento de correr y cazar de las células es análogo a los morfógenos difusores de Turing.

Ese experimento fue parte de un único trabajo para demostrar que las reacciones de Turing, en realidad, puede desempeñar un papel en la formación de patrones biológicos, apuntó H. Frederik Nijhout, fisiólogo de desarrollo en la Universidad de Duke.

Ahora, Kondo propone que la difusión no es necesaria para crear patrones de Turing. Para hacer que esta idea de Turing sea más compatible con los sistemas biológicos reales, Kondo sugiere sustituir la difusión por los perfiles variables de las interacciones célula a célula. La comunicación entre las células sirve para las funciones de activación e inhibición de las ecuaciones de Turing. Cuando las células se tocan, a veces haciendo contacto completo, a veces a través de proyecciones a gran distancia, se ponen en marcha reacciones bioquímicas en cadena que influyen en la formación de patrones. Variar el tipo de interacción y la fuerza de las respuestas de las células producía patrones similares a los que se crean con el modelo de difusión de Turing, descubrió Kondo .

Su actualización, que él llama Simulador de Activación de Perfil de Kondo, o KAPS (Activation Profile Simulator), conserva la matemática subyacente de las ecuaciones de Turing. Sus simulaciones pueden producir una amplia variedad de modelos de piel, incluyendo el sombreado el moteado que recuerda a la piel de una anguila.

Rechazar la difusión no niega la idea de Turing, apunta Thomas Gregor, físico de la Universidad de Princeton. "No es más que cambiar el mecanismo por el cual se propaga la información."

Nijhout señala que la idea de Turing no depende explícitamente de la difusión. Tan sólo se necesita una forma de transferir información a través de una distancia, y que el inhibidor actúa a más grandes distancias que el activador. "Así que un mecanismo de grupo por el cual las células pasan moléculas o señales a lo largo, o por el cual las células estimulan las células contiguas para producir activadores e inhibidores podrían funcionar igual de bien."

Kondo explicó que sus ecuaciones actualizadas generan patrones estables como los que se observan en los animales adultos, pero no pueden simular patrones dinámicos, como las rayas que cambian a medida que crecen los peces. Y su idea sólo funciona en dos dimensiones. Ni sus ecuaciones ni las de Turing parecen explicar el desarrollo en modelos 3D, tales como las ramas de árboles o los dedos de manos y pies.

**************
-- S. Kondo. Turing pattern formation without diffusion. American Society for Cell Biology annual meeting, San Diego, December 15, 2015.

«
Next
Entrada más reciente
»
Previous
Entrada antigua
Editor del blog Pedro Donaire

Filosofía

Educación

Deporte

Tecnología

Materiales