Экспериментально подтверждена теория Тьюринга о формировании полос у тигра

Исследователи из Королевского колледжа Лондона впервые получили экспериментальные доказательства теории великого британского математика о том, как формируются биологические узоры, такие как полосы тигра или пятна леопарда.

Исследование, финансируемое Советом по медицинским исследованиям и публикуемое в Nature Genetics, не только демонстрирует механизм, широко применимый в развитии позвоночных, но и подтверждает, что морфогены — химические вещества, управляющие этими узорами, — можно использовать в регенеративной медицине для дифференциации стволовых клеток в ткани.

Результаты подтверждают теорию, впервые предложенную в 1950-х годах известным шифровальщиком и математиком Аланом Тьюрингом. Он выдвинул идею, что регулярные повторяющиеся паттерны в биологических системах генерируются парой морфогенов, работающих как «активатор» и «ингибитор».

Чтобы проверить теорию, учёные изучили развитие регулярно расположенных гребней на нёбе у мышей. Эксперименты на эмбрионах мышей позволили идентифицировать пару морфогенов (FGF и Shh), которые совместно влияют на формирование каждого гребня. Эти вещества контролировали экспрессию друг друга, активируя и ингибируя производство, тем самым управляя генерацией узора.

Исследователи показали, что увеличение или уменьшение активности этих морфогенов влияет на паттерн нёбных гребней именно так, как предсказывают уравнения Тьюринга. Впервые были идентифицированы конкретные морфогены, участвующие в этом процессе, и команда смогла наблюдать эффекты, предсказанные 60-летней теорией.

Доктор Джереми Грин отметил: «Наше исследование представляет первое экспериментальное подтверждение работы системы активатор-ингибитор при генерации полос — в данном случае, гребней на нёбе. Это не только показывает, как формируются такие узоры, но и даёт уверенность, что эти морфогены можно использовать в регенеративной медицине для восстановления структуры и паттерна при дифференцировке стволовых клеток».