Достижения Алана Тьюринга в сфере информатики известны всем, а вот о его вкладе в биологию и химию мало кто знает. В своей единственной научной статье по биологии Тьюринг предложил теорию морфогенеза, описывающую, например, дифференциацию одинаковых копий одной клеткив процессе роста сложно устроенного организм.
Монтаж фотографий из статьи, демонстрирующих эволюцию физического морфогенеза. Первая стадия (изначальная гомогенность: одинаковый объем и цвет) – верхний левый угол.Вторая (химическая гетерогенность: один и тот же объем, но различные цвета) – в центре. Третья (химико-физическая гетерогенность – различный цвет и объем).
Сейчас, спустя 60 лет после смерти Тьюринга, исследователи из Университета Брандейса и Питтсбургского университета (США) представили первое экспериментальное доказательство правоты теории Тьюринга – на материале квазиклеточных структур.
Тьюринг – первый, кто объяснил морфогенез (возникновение и развитие органов, систем и частей тела организмов) химическими законами. Он предположил, что одинаковые клетки дифференцируются, меняют форму и размер посредством внутриклеточных реакций-диффузий. В рамках данной модели различные химические вещества вступают в реакцию друг с другом и распространяются в пространстве (например, между клетками в эмбрионе). Для этой химической реакции необходим ингибитор (для ее подавления) и стимулятор (для активации). Реакция, распространяясь по эмбриону, создаст структуры химически различных клеток. По расчетам Тьюринга, таких базовых паттернов должно быть шесть.
Физик Сет Фрэден (Seth Fraden) и химик Ирв Эпштейн (Irv Epstein) из Университета Брандейса создали кольца синтетических, похожих на клетки структур, активизируя и подавляя реакции, в точности согласно модели Тьюринга. Ученые обнаружили шесть паттернов, плюс еще один, не предусмотренный Тьюрингом. Как тот и писал в своей работе, идентичные структуры, пройдя химическую дифференциацию, стали меняться в объеме (из-за осмоса).
Новое исследование имеет значение не только для биологических процессов, но и для материаловедения. Модель Тьюринга поможет, например, в выращивании мягких роботов различных форм и размеров.
Исследование представлено в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
По материалам пресс-релиза Университета Брандейса.
Источник: А. Космарский nauka21vek.ru
