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 desarrollo desde la etapa embrionaria. Turing propuso un modelo matemático para resolver esta cuestión a partir de una combinación concreta entre moléculas que impulsa, de forma espontánea y auto organizada, la creación de patrones biológicos. Esto hace que, aunque todas las células de un organismo contengan la misma información genética, sean capaces de diferenciarse en los distintos tipos celulares que conforman su estructura, como los huesos, los músculos o la sangre.
Esta hipótesis llevó a Turing a publicar el único artículo científico de su carrera que dedicó a la química, a pesar de no tener experiencia en esta disciplina. Los dos procesos que contribuyen a la creación de estructuras son la difusión de moléculas a través del espacio y la reacción química entre ellas. Según el matemático, debido a un equilibrio concreto entre reacción y difusión, no se crean los patrones homogéneos habituales, sino que la simetría se rompe y se generan patrones periódicos.
“La teoría no plantea ninguna hipótesis nueva, simplemente sugiere que ciertas leyes conocidas de la física son suficientes para explicar muchos hechos”, se expresa con modestia en el artículo publicado en 1952 por la revista de la Sociedad Real de Londres. Dos años más tarde se suicidaría, después de ser sometido a una terapia hormonal que en aquella época se administraba para tratar la homosexualidad.
“Su contribución es extraordinaria (…); antes de Turing nadie había pensado en preguntarse la cuestión que él plantea: cómo un embrión esférico se convertía en un organismo no esférico como un ser humano”, resaltó hace tres años en un artículo Philip Ball, escritor y autor del libro de divulgación Patterns in Nature (Patrones en la naturaleza).
Aquella idea revolucionaria del investigador británico cuenta hoy con más de diez mil referencias en la literatura científica, pero todavía nadie ha conseguido 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, eclipsando las ecuaciones de Turing durante las décadas siguientes. No fue hasta más adelante que sus fórmulas serían consideradas una “obra maestra”, según Kondo y Miure. En un artículo de The New York Times, la periodista científica JoAnna Klein, lo resume de la siguiente forma: “Como todas las mejores ideas científicas, la teoría de Turing era elegante y simple”.
La capacidad visionaria de Turing le llevó a inventar palabras para designar realidades hasta entonces desconocidas. El concepto morfógeno expresa “la idea de una forma de producción sin ánimo de tener un significado exacto”, cuenta el matemático: “Pongamos por caso un evocador de pierna mediante el cual la pierna se forma en su presencia”. Según Turing, un morfógeno podía ser un gen, las hormonas o los pigmentos de la piel.
“Acuñó el término para referirse a una molécula con la capacidad de inducir una diferenciación tisular”, pone en valor John Reinitz, investigador en la Universidad de Chicago, en un artículo publicado en 2012 en la revista Nature. Otra vez, la capacidad visionaria de Turing se avanzó hasta tres décadas a la descripción de los genes Hox
El matemático inglés, en el que se inspiró la película ‘Descifrando Enigma’, contribuyó a derrotar al ejército nazi Fue el primero que se preguntó cómo un embrión esférico se convierte en un cuerpo de formas complejas