Các họa tiết trong tự nhiên

Lý thuyết về Mẫu sinh học của Turing đã được chứng minh là đúng

Dự đoán của Alan Turing

Vào những năm 1950, nhà toán học Alan Turing đã đề xuất một lý thuyết để giải thích cách các mẫu hình phát sinh trong tự nhiên. Ông cho rằng hai loại hóa chất, chất hoạt hóa và chất ức chế, hoạt động cùng nhau để tạo ra những mẫu hình này. Chất hoạt hóa kích hoạt quá trình hình thành mẫu hình, trong khi chất ức chế kìm hãm quá trình này. Chu kỳ lặp đi lặp lại này dẫn đến sự phát triển của các mẫu hình đều đặn, chẳng hạn như sọc, đốm và hình xoắn ốc.

Bằng chứng thực nghiệm

Trong nhiều thập kỷ, lý thuyết của Turing vẫn chưa được kiểm chứng. Nhưng gần đây, các nhà nghiên cứu đã tìm thấy bằng chứng thực nghiệm để hỗ trợ lý thuyết này. Bằng cách nghiên cứu sự phát triển của các mào vòm miệng ở chuột, họ phát hiện ra rằng chất hoạt hóa FGF và chất ức chế SHH đóng vai trò quan trọng trong quá trình hình thành mào. Khi tắt FGF, những con chuột phát triển các mào mờ nhạt. Ngược lại, khi tắt SHH, các mào hợp nhất thành một gò duy nhất. Điều này chứng minh rằng chất hoạt hóa và chất ức chế tương tác với nhau, giống như Turing đã dự đoán.

Mô hình hoạt hóa-ức chế

Mô hình hoạt hóa-ức chế của Turing đã trở thành một khái niệm cơ bản trong sinh học phát triển. Mô hình này giải thích cách các tế bào giao tiếp với nhau để tạo ra các mẫu hình phức tạp. Chất hoạt hóa kích hoạt một quá trình phát triển cụ thể, chẳng hạn như sự hình thành sọc hoặc đốm. Sau đó, chất ức chế khuếch tán qua mô và kìm hãm chất hoạt hóa, ngăn không cho mẫu hình lan rộng quá xa. Sự tương tác giữa chất hoạt hóa và chất ức chế này dẫn đến sự hình thành các mẫu hình đều đặn, lặp lại.

Các ứng dụng trong sinh học phát triển

Lý thuyết của Turing có nhiều ứng dụng rộng rãi trong sinh học phát triển. Lý thuyết này đã được sử dụng để giải thích sự hình thành của nhiều loại mẫu hình sinh học, bao gồm:

• Các sọc trên cá ngựa vằn
• Các đốm trên da báo
• Các lông vũ trên cánh gà
• Các mào trên vòm miệng chuột
• Các ngón tay và ngón chân trên bàn tay và bàn chân người

Di sản của Turing

Thật không may, Turing đã không bao giờ chứng kiến tác động của công trình nghiên cứu của mình đối với sinh học phát triển. Ông đã bị kết tội về hành vi đồng tính vào năm 1952 và bị thiến hóa học như một hình phạt. Ông đã tự kết liễu đời mình vào năm 1954. Tuy nhiên, di sản của ông vẫn tồn tại thông qua những đóng góp mang tính đột phá của ông cho khoa học. Lý thuyết về mẫu sinh học của Turing là minh chứng cho sự thông minh lỗi lạc và ảnh hưởng lâu dài của ông đối với sự hiểu biết của chúng ta về thế giới tự nhiên.

Khám phá từ khóa đuôi dài

• Lý thuyết của Turing giải thích mẫu sinh học như thế nào: Mô hình hoạt hóa-ức chế của Turing cho rằng hai loại hóa chất, chất hoạt hóa và chất ức chế, hoạt động cùng nhau để tạo ra các mẫu hình trong tự nhiên. Chất hoạt hóa kích hoạt quá trình hình thành mẫu hình, trong khi chất ức chế kìm hãm quá trình này. Chu kỳ lặp đi lặp lại này dẫn đến sự phát triển của các mẫu hình đều đặn, chẳng hạn như sọc, đốm và hình xoắn ốc.
• Bằng chứng thực nghiệm về lý thuyết của Turing: Các nhà nghiên cứu đã tìm thấy bằng chứng thực nghiệm để hỗ trợ lý thuyết của Turing bằng cách nghiên cứu sự phát triển của các mào vòm miệng ở chuột. Họ phát hiện ra rằng chất hoạt hóa FGF và chất ức chế SHH đóng vai trò quan trọng trong quá trình hình thành mào.
• Tầm quan trọng của công trình nghiên cứu của Turing đối với sự hiểu biết về sinh học phát triển: Lý thuyết về mẫu sinh học của Turing đã trở thành một khái niệm cơ bản trong sinh học phát triển. Mô hình này giải thích cách các tế bào giao tiếp với nhau để tạo ra các mẫu hình phức tạp. Lý thuyết này đã được sử dụng để giải thích sự hình thành của nhiều loại mẫu hình sinh học, bao gồm các sọc trên cá ngựa vằn, các đốm trên da báo, các lông vũ trên cánh gà, các mào trên vòm miệng chuột và các ngón tay và ngón chân trên bàn tay và bàn chân người.