Max Home IndustryВ год столетия Алана Тьюринга группа исследователей из Королевского колледжа Лондона исследует одну из его менее известных гипотез и продемонстрировала его теорию морфогенеза, которая имеет значение для будущих исследований стволовых клеток.
Алан Тьюринг не только изобрел современную теорию вычислимости и немного взломал код, но и проделал новаторскую работу в области искусственного интеллекта и вычислительной биологии. Он был очарован морфогенезом — процессом, с помощью которого клетки организуются в знакомые формы и паттерны, которые мы ожидаем от животных и растений.
Тьюринг в 1951 году изобрел хитроумную химическую схему, которая позволила бы создать ряд биологических структур, не используя ничего, кроме двухкомпонентной химической реакции. Первую статью стоит прочитать даже сегодня:
Предполагается, что система химических веществ, называемых морфогенами, взаимодействующих вместе и диффундирующих через ткань, является адекватной для объяснения основных явлений морфогенеза …
Основное внимание в расследовании уделяется возникновению нестабильности. Было обнаружено, что это может принимать шесть существенно различных форм. В самом интересном виде на кольце появляются стационарные волны. Предполагается, что это могло бы объяснить, например, узоры щупалец на Гидре и завитые листья.
Основная идея состоит в том, что у вас есть два химических вещества — активатор и ингибитор. Вы можете писать программы, моделирующие такую систему, и, да, вы действительно получаете красивые шаблоны, которые выглядят биологическими из программ. Однако, помимо апелляции к тому факту, что модели выглядят одинаково в моделировании и в биологической системе, не было никаких демонстраций, доказывающих, что предлагаемый механизм на самом деле является причиной биологии.
Типичная бифуркационная характеристика процесса Тьюринга
Теперь исследователи из Королевского колледжа Лондона предоставили экспериментальные данные, подтверждающие, что два «морфогена», реагируя, как описано Тьюрингом, ответственны за регулярно расположенные гребни, обнаруженные на нёбе у мышей.
Конкретные задействованные морфогены — FGF (фактор роста фибробластов) и Shh (Sonic Hedgehog — так называемый, потому что лабораторные плодовые мухи, лишенные версии мухи, имеют дополнительные щетинки на теле). Они показали, что, когда активность этих морфогенов увеличивается или уменьшается, на структуру гребней во рту и нёбе влияют способы, предсказанные уравнениями Тьюринга. Впервые были идентифицированы фактические морфогены, участвующие в этом процессе, и команда увидела эффекты, предсказанные 60-летней спекулятивной теорией Тьюринга.
Вы можете увидеть, как доктор Джереми Грин из отделения черепно-лицевого развития Королевского стоматологического института объясняет результаты исследования в следующем видео:
Это не только доказывает проницательность Тьюринга в год его столетнего юбилея, но и может найти практическое применение в будущем в управлении методами регенерации стволовых клеток.