Opdatering af Turings model for mønsterdannelse

I 1952, Alan Turing offentliggjorde en undersøgelse, som matematisk beskrev, hvordan systemer sammensat af mange levende organismer kan danne rige og forskelligartede rækker af ordnede mønstre. Han foreslog, at denne 'selvorganisering' opstår fra ustabilitet i umønstrede systemer, som kan dannes, når forskellige arter trænger sig på plads og ressourcer. Indtil nu, imidlertid, forskere har kæmpet for at reproducere Turing-mønstre under laboratorieforhold, rejser alvorlig tvivl om dens anvendelighed. I en ny undersøgelse offentliggjort i EPJ B , forskere ledet af Malbor Asllani ved University of Limerick, Irland, har genbesøgt Turings teori for at bevise matematisk, hvordan ustabilitet kan opstå gennem simple reaktioner, og under vidt forskellige miljøforhold.

Holdets resultater kan hjælpe biologer til bedre at forstå oprindelsen af ​​mange ordnede strukturer i naturen, fra pletter og striber på dyrefrakker, til klynger af vegetation i tørre miljøer. I Turings originale model, han introducerede to diffuserende kemiske arter til forskellige punkter på en lukket ring af celler. Da de diffunderede hen over tilstødende celler, disse arter 'konkurrerede' med hinanden, mens de interagerede; til sidst at organisere sig for at danne mønstre. Denne mønsterdannelse afhang af, at symmetrien under denne proces kunne brydes i forskellige grader, afhængig af forholdet mellem diffusionshastighederne for hver art; en mekanisme nu kaldet 'Turing ustabilitet.' Imidlertid, en væsentlig ulempe ved Turings mekanisme var, at den var afhængig af den urealistiske antagelse, at mange kemikalier diffunderer i forskellige hastigheder.

Gennem deres beregninger, Asllanis hold viste, at i tilstrækkeligt store ringe af celler, hvor diffusionsasymmetri får begge arter til at rejse i samme retning, de ustabiliteter, der genererer ordnede mønstre, vil altid opstå - selv når konkurrerende kemikalier diffunderer med samme hastighed. Når først det er dannet, mønstrene vil enten forblive stationære, eller forplanter sig støt rundt i ringen som bølger. Holdets resultat adresserer en af ​​Turings vigtigste bekymringer om hans egen teori, og er et vigtigt skridt fremad i vores forståelse af den medfødte drift for levende systemer til at organisere sig.