¡Choca esos cinco, Alan Turing!

2012 fue el año de Alan Turing. Uno de los padres de la computación y los ordenadores modernos. La mente que descifró el código Enigma. El héroe de guerra ultrajado por su patria. ¿Pero qué fue del Turing biólogo?

El interés de Turing por la biología no es una de sus facetas más conocidas. Una pasión que se escondebajo la larga sombra de su monumental trabajo en computación.

Alan Turing estaba interesado en un problema fundamental de la biología: cómo las células que forman un organismo son capaces de organizarse y formar patrones. ¿Cómo se forman las rayas de una cebra? ¿Cómo se organizan la células de una flor para formar estructuras que se asemejan a secuencias de Fibonacci?

Para estos fenómenos complejos propuso una solución elegante conocida como “Mecanismo de Turing” donde existe un factor A que activa un factor B el cual inhibe A. La relación entre estos factores, unida a propiedades físicas como la difusión, permite, entre otros, la formación patrones de ondas como el que se muestra abajo:

Patrón de ondas obtenido mediante computación se un sistema de reacción-difusión de dos componentes. (Wikicommons)

La formación de los dedos de una mano sigue un patrón muy específico y está controlada por un sistema de comunicación celular denominado señalización Sonic Hedgehog (Sí, erizo Sonic, como el personaje de SEGA), normalmente abreviado Shh. Cuando este sistema esta activo durante el desarrollo embrionario se forma un dedo en dicha posición mientras que su inhibición forma un espacio interdigital.

Si este sistema de comunicación celular se ajusta a un mecanismo de Turing, entonces la presencia/ausencia de dedos seguirá un patrón similar a una onda (Cresta de la onda = dedo; Valle = espacio interdigital). Una predicción de este comportamiento es la existencia de factores que modulen la longitud de onda de forma que al ir reduciendo progresivamente su dosis/actividad se producirían ondas más cortas (más juntas) y por tanto más de 5 dedos en una mano, pero siempre manteniendo las distancias y proporciones entre ellos.

Imagen | Imagen de una mano de un embrión de ratón normal, con cinco dedos (teñidos en azul), y de otro mutante con una activación reducida de genes Hox y queposee 7 dedos. Se puede apreciar que los dedos del mutante mantienen una separación similar entre ellos (Digit-period). Imagen modificada de: Sheth et al SCIENCE 2012

Un estudio de 2012, en el que han participado dos grupos españoles, muestra como un grupo de genes del tipo Hox son capaces de modular el número de dedos de una mano de ratón variando precisamente esta longitud de onda;demostrando así que la formación de los dedos se ajusta a un mecanismo de Turing (Figura 2).

Curiosamente, este mecanismo permite explicar una de las innovaciones más importantes en la evolución de los vertebrados: el paso de aleta de pez a extremidades con 5 dedos. Es posible que la aparición de este mecanismo y su modulación por los genes Hox haya permitido dar el salto desde las aletas con múltiples “dígitos” hasta los 5 dedos que poseemos todos los vertebrados terrestres (Figura 3). De hecho la ausencia de estos componentes en las aletas de peces apoya esta interesante hipótesis.

[ Figura 3: La reducción en la dosis de genes Hox(KHOX) debida a diferentes mutaciones tiene como consecuencia en incremento en el número de dedos de cada extremidad (paneles superiores, dedos en azul-morado), llegando a producirse extremidades similares a las aletas de peces. Cuando finalmente la dosis de genes Hox es muy baja se “rompe” el mecanismo de Turing y se produce una única protuberancia. La extremidad del ratón normal, con 5 dedos, no se muestra aquí. “13.5” es una etapa del desarrollo embrionario. Fuente Sheth et al SCIENCE 2012 ]


5 Comentarios

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NeferturingNeferturing

Creo que, al menos hasta que lo cambie, va a ser el comentario por excelencia xD

juliusjulius

me ha recordado al paso de Feynman por la genética, el mismo Watson lo invito a hacer algunas conferencias!

Almudena

Estoy a punto de empezar un trabajo sobre autómatas celulares y creo que tiene bastante que ver con todo esto: cómo se forman las rayas de las cebras, los patrones de colores de los peces, las rugosidad de un “superficie” que depende de las normas de agregación y un estado previo…
Mola mogollón. Y el post también. Nunca hubiese imaginado que los dedos de la mano se “modelasen” de esta manera.

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