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La teoría de Turing, un paso más allá

Científicos del Laboratorio Europeo de Biología Molecular (EMBL) de Barcelona han desarrollado un modelo matemático que reproduce en ordenador la teoría de Alan Turing sobre cómo se forman los patrones en los sistemas biológicos.

Nueva teoría profundiza sobre la creación de patrones de Turing en biología. Imagen de Xavier Diego/EMBL.

Nueva teoría profundiza sobre la creación de patrones de Turing en biología. Imagen de Xavier Diego/EMBL.

La investigación, que publica la revista Physical Review, es el primer artículo del equipo del EMBL instalado en Barcelona y supone una ampliación de la teoría original de Turing.

Este nuevo modelo matemático, que en parte se ha llevado a cabo en el Centro de Regulación Genómica (CRG) de Barcelona, puede ayudar a dilucidar si los patrones que hay en la naturaleza se rigen por el modelo matemático de Turing y podría tener aplicaciones también para crear tejidos biológicos con ingeniería de laboratorio.

Turing explicó cómo surgen los patrones en la naturaleza con su famosa teoría sobre la morfogénesis en 1952, en la que propuso que, por ejemplo, tanto las rayas de una cebra, como la disposición de los dedos o la espiral que dibujan las semillas de un girasol están determinadas a través de una interacción entre moléculas que se extienden a través del espacio e interactúan químicamente entre sí.

La teoría de Turing se puede aplicar desde la astrofísica hasta la biología y en otros muchos campos.
Para el público de cine y televisión, Turing es mas conocido por su faceta de criptógrafo y por haber logrado descifrar el funcionamiento de la máquina con la que los nazis codificaban sus mensajes en la Segunda Guerra Mundial, tal como muestra el filme “Descifrando Enigma”, interpretado por Benedict Cumberbatch.

Acerca de los patrones de Turing en los sistemas biológicos, los científicos aún no han sido capaces de proporcionar la prueba definitiva sobre si estos patrones biológicos se rigen por el modelo de difusión y reacción teorizado por el matemático.

En esta investigación, Xavier Diego y James Sharpe, que trabajaban en el CRG y ahora lo hacen en el EMBL, han hecho pruebas computacionales y han comprobado que los sistemas de Turing pueden ser mucho más flexibles de lo que se pensaba.

Así, han ampliado la teoría original de Turing utilizando teoría de grafos, una rama de las matemáticas que estudia las propiedades de redes y facilita el trabajo con sistemas complejos y realistas.

Según ha explicado Xavier Diego, esta nueva teoría topológica proporciona una visión unificadora de muchas propiedades cruciales para los sistemas de Turing que antes no se entendían bien y define explícitamente qué hay que hacer para crear un sistema de Turing exitoso.

Aplicar a diferentes sistemas de Turing


“Nuestro enfoque se puede aplicar a diferentes sistemas de Turing, y las propiedades de estos sistemas serán ciertas para redes con cualquier número de componentes. Ahora podemos predecir si la actividad en dos nodos de la red está sincronizada o no, y también sabemos qué modificaciones son necesarias para cambiarla”, ha detallado el investigador.

“Esto nos permite construir redes que superpongan en el espacio cualquier par de sustancias que queramos, algo que puede tener aplicaciones muy interesantes en ingeniería de tejidos”, ha añadido.
Los investigadores también han elaborado un método gráfico y visual que permite analizar fácilmente redes existentes o crear nuevos diseños.

“En el laboratorio los llamamos jeroglíficos de Turing”, ha aclarado James Sharpe, jefe del grupo de investigación de EMBL Barcelona que ha liderado el trabajo.

“Esperamos que tanto científicos teóricos como experimentales utilicen nuestros hallazgos y jeroglíficos para intentar implementar redes de Turing en células biológicas. Si los grupos experimentales lo llevan a cabo con éxito, las preguntas sobre si la teoría de la morfogénesis de Turing es aplicable a sistemas biológicos finalmente tendrán respuesta”, ha concluido Sharpe. EFEfuturo
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