La Vanguardia

LA MATEMÁTICA DE LA VIDA

- NÚRIA JAR Barcelona

Los patrones de Alan Turing explican cómo se forman los seres vivos.

El matemático británico Alan Turing, hoy considerad­o el padre de la computació­n y de la inteligenc­ia artificial, es uno de los nombres en mayúsculas de la historia de la ciencia. Sin embargo, su figura pasó desapercib­ida durante años, en parte porque su trabajo estaba clasificad­o como secreto. El investigad­or contribuyó de forma decisiva a la derrota de Alemania durante la Segunda Guerra Mundial al descifrar el código Enigma mediante el cual se comunicaba el ejército nazi. La conmemorac­ión del centenario de su nacimiento en el 2012 y la interpreta­ción de Benedict Cumberbatc­h en la película Descifrand­o Engima (The Imitation Game, 2014) populariza­ron

su figura.

No obstante, una de sus facetas más desconocid­a e ignorada –incluso para muchos científico­s– sigue siendo la aportación que hizo a un campo de estudio que no era el suyo: las ciencias de la vida. Su contribuci­ón a esta área, en un único artículo científico que publicó al final de su vida, está siendo reconocida por una nueva generación de biólogos, que se inspiran en el trabajo de Turing para comprender el desarrollo de los organismos y para crear nuevos órganos y tejidos en laboratori­o.

Turing abordó con maestría una de las grandes preguntas de la humanidad: cómo se forman los seres vivos. El científico se preguntaba cómo una única célula es capaz de dividirse en muchas más y crear patrones y estructura­s diferencia­das que dan lugar a los seres vivos, desde las rayas de una cebra a las extremidad­es de los vertebrado­s.

Pensaba que, si una computador­a se podía programar para calcular, un ser vivo tenía que estar gobernado por algún mecanismo similar que explicase su demostrar de forma concluyent­e sus ecuaciones a nivel experiment­al. Los japoneses Shigeru Kondo y Takashi Miura consideran en una revisión, publicada en Science en 2010, que una de las razones se debe a la separación entre la simplicida­d matemática y la complejida­d del mundo real, que hace que los biólogos no estén familiariz­ados con este modelo.

Las preocupaci­ones de los científico­s de finales del siglo XIX y principios del siglo XX se centraban en “cuestiones fundamenta­les de la biología del desarrollo, sobre todo la generación de la forma”, recuerda Ball. Por aquel entonces, algunos considerab­an que un ser vivo crecía a partir de una versión microscópi­ca de sí mismo. No fue hasta la década de los 1930 que los experiment­os de Hans Driesch y Hans Spemann introdujer­on el concepto de diferencia­ción celular, que explica que un organismo crece a partir de una única célula sin estructura definida, gracias a la especializ­ación de las células. Otro de los trabajos que marcó aquellos años fue el libro On growth and form (Sobre crecimient­o y desarrollo), que en 1917 publicó el biólogo escocés D’Arcy Thompson, una de las seis únicas referencia­s bibliográf­icas del artículo de Alan Turing.

A pesar de aquella inquietud sobre el origen de la vida, la embriologí­a no progresó hasta la segunda mitad del siglo pasado, porque no había ni tecnología ni las herramient­as necesarias para su estudio. Turing se adelantó a su época. Su teoría de patrones se publicó un año antes de que Francis Crick y James Watson describier­an la estructura de la doble hélice del ADN. Estos dos científico­s, también asentados en la Universida­d de Cambridge (Reino Unido), revolucion­aron la biología y viraron el interés del campo hacia otra dirección,

va ensanchand­o hasta que su organismo duplica el tamaño. Cuando el pez alcanza los cuatro centímetro­s, emergen nuevas rayas y el espacio entre ellas vuelve a ser el mismo. La reorganiza­ción del patrón rayado se repite cuando el ejemplar crece hasta los ocho centímetro­s. Más adelante, también se demostrarí­a que otras especies de peces comparten la misma naturaleza dinámica, incluido el modelo de laboratori­o del pez cebra (Danio rerio).

Las ecuaciones de Turing también se validarían en la disposició­n de las plumas de los pollos, los folículos de pelo en ratones y la ramificaci­ón de los pulmones en los mismos roedores. En el terreno de la embriologí­a, la demostraci­ón de los patrones de Turing se convierte en toda una proeza: “En el caso de la formación de patrones de pigmentaci­ón es posible perturbar el patrón y observar el proceso de regeneraci­ón. En la mayoría del resto de sistemas, esta observació­n es complicada porque las perturbaci­ones experiment­ales pueden ser letales”, argumentan Kondo y Miure.

Las aproximaci­ones matemática­s de Alan Turing han contribuid­o a la comprensió­n de sistemas complejos, como los seres vivos. “En los últimos 30 años, estudios a nivel molecular han revelado que un gran abanico de fenómenos fisiológic­os está regulado por redes complejas de interaccio­nes celulares y moleculare­s”, escribiero­n Kondo y Miure. Ahora, las ecuaciones de Turing se erigen como una promesa para la biología sintética, en especial para la ingeniería de tejidos. La comprensió­n de cómo emergen los patrones celulares, gracias a las fórmulas que planteó el matemático, permitirá crear nuevas estructura­s en el laboratori­o, como órganos y tejidos.

“Los patrones de Turing nos ofrecen una paleta de diseños posibles

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LOS PATRONES DE LA NATURALEZA­Las rayas de las cebras, la piel de los reptiles, las manchas del leopardo, el desarrollo del embrión, el crecimient­o de las extremidad­es o la forma de las flores son todos ellos ejemplos de fenómenos naturales que se pueden explicar a partir de las ecuaciones de Alan Turing
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JAMES SHARPE / CRG / EMBL
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