DR. WOLF LUIS MOCHAN
BACKAL
INSTITUTO DE CIENCIAS
FISICAS
UNIVERSIDAD NACIONAL
AUTONOMA DE MEXICO
Presente
|
Adjunto
al presente mensaje me permito hacerle llegar el artículo escrito por el
consejero, el Dr. Adolfo Martínez Palomo, titulado, “Alan Turing
¿biólogo?”, publicado el día de hoy en la sección Opinión del periódico
La Crónica de Hoy. Aprovecho
la ocasión para mandarle un cordial saludo. Atentamente, Dr.
Rigoberto Aranda Reyes Secretario
Ejecutivo Adjunto Consejo
Consultivo de Ciencias de la Presidencia
de la República San
Francisco No. 1626-305 Col.
Del Valle Delegación
Benito Juárez 03100
México, D.F. Teléfonos (52
55) 5524-4558, 5524-9009 y 5534-2112 |
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Adolfo Martínez
Palomo | Opinión 2012-07-11 | Alan Turing ¿biólogo? Hace
exactamente seis décadas, un investigador inglés, recién cumplidos los 40
años, recibió una buena noticia: la revista Philosophical Transactions of the
Royal Society of London aceptó para publicación un extenso artículo titulado:
“Las bases químicas de la morfogénesis”. El tema: un
motivo de desvelos académicos por parte de los biólogos teóricos más
avezados, aún en pleno siglo XXI. La revista: la
de mayor tradición, por haber sido la primera publicación periódica dedicada
exclusivamente a la ciencia; fue iniciada en 1665 y ha sido continuada hasta
hoy, sin interrupción. El autor: el
precursor de la computación (y de la computadora, y de la inteligencia
artificial); el descifrador de los códigos secretos de los nazis durante la
Segunda Guerra Mundial; el científico víctima de la hipocresía y del
puritanismo inglés, que lo condenó a “tratar” su homosexualidad
con hormonas para evadir la cárcel; el suicida, en fin, que mordió la manzana
envenenada. Toda una historia que la sociedad inglesa recuerda, en este año
de 2012, en el centenario de su nacimiento. Con pompa, pero también con
remordimientos. Alan Turing
(nuestro personaje) dice sin reparos en la primera frase de su largo y
complejo artículo: “Se describe un modelo matemático del embrión en
crecimiento”. ¡Ni más, ni menos! Sesenta años después este trabajo ha
sido citado en la literatura científica, hasta junio de 2012, en 5,839
publicaciones. Todo un record Guiness. Al lector no
avezado, Turing le advierte en su publicación: La completa
comprensión de este trabajo requiere de un buen conocimiento de las
matemáticas, algo de biología, y un poco de química elemental. Como no es de
esperar que los lectores sean expertos en todos estos temas, se explican
varios hechos elementales que pueden ser encontrados en libros de texto, pero
cuya omisión podría dificultar la lectura del artículo. ¿Qué hacía el
pionero de la computación analizando las bases de la diversidad de los
tejidos en los organismos multicelulares, fuesen plantas o animales? Alan
quería, según un informe del King´s College de Cambridge: Entender, al
menos en una forma simplificada e idealizada cómo es que, a partir de una
masa esférica y simétrica de células, se desarrolla un animal, como por
ejemplo el caballo, que no es esféricamente simétrico. Volvamos al
texto de su famoso artículo: Se sugiere que
un sistema de sustancias químicas, llamadas morfogenes, reaccionando entre
sí y difundiendo a través de un tejido, es adecuado para explicar los
principales fenómenos de la morfogénesis. Este sistema, aunque originalmente
bastante homogéneo, puede más tarde desarrollar un patrón o estructura debido
a la inestabilidad del equilibro homogéneo, desencadenada por alteraciones
aleatorias. Estos sistemas de reacción y difusión se consideran en cierto
detalle en el caso de un anillo aislado de células, un sistema biológico
inusual, pero matemáticamente conveniente. La investigación se concentra en
el inicio de la inestabilidad. En el resumen
de su publicación, Turing comenta modestamente: La teoría
(descrita) no hace ninguna hipótesis nueva; simplemente sugiere que ciertas
leyes de la física, bien conocidas, son suficientes para explicar muchos de
los hechos. Los avances en
la biología molecular han permitido el análisis de sistemas biológicos
complejos a un nivel extraordinariamente detallado. Sin embargo, la
información obtenida es tan grande y compleja que la intuición no basta para
obtener respuestas válidas. Los organismos vivos se constituyen mediante
procesos de auto-organización (morfogénesis) a través de la formación de
patrones espacio-temporales. Si la vida llega ser entendida en términos de
las leyes de la física, deben existir principios que expliquen cómo los
conglomerados de ácidos nucleicos, proteínas, lípidos, carbohidratos y otras
moléculas orgánicas se auto-ensamblan a nivel microscópico para crear las
estructuras macroscópicas predecibles y reproducibles que caracterizan a los
organismos vivientes. La teoría
pionera de Turing para explicar estos sistemas complejos se basó en el modelo
que muestra, a través de ecuaciones diferenciales y consideraciones sobre
difusión espacial, cómo ciertas reacciones químicas simples pueden llegar
espontáneamente a crear patrones para formar, en tiempo y en espacio, los
llamados “patrones de Turing”. Turing acuñó el
término de “morfogén” como una abstracción para designar
moléculas capaces de inducir diferenciación de los tejidos. En el meollo de la
formación de los patrones está la ruptura de simetrías. Él consideró un
embrión idealizado, en un proceso que se inicia con la concentración uniforme
de morfogenes, con simetría trasnacional, que se pierde a medida que se
forman los tejidos específicos. El argumento de Turing tiene una argucia
matemática: creó un sistema no lineal modificando en forma discontinua la
difusión en un sistema lineal, en un momento específico. Sin difusión, el
sistema es estable y homogéneo, pero con difusión se vuelve inestable y forma
patrones espaciales. El trabajo fue el punto de transición de la era de la
matemática analítica a la de la matemática computacional y, además, contiene
la primera simulación por computadora de la formación de patrones en
presencia de fluctuaciones estocásticas; posiblemente, el primer caso
publicado de experimentación computacional. Hoy los
morfogenes son un concepto central en la biología del desarrollo. El primer
morfogén descrito fue el factor Bicoid de transcripción en la mosca
drosófila; posteriormente se han encontrado moléculas que actúan como
morfogenes en Dictyostelium y en varios vertebrados. Aunque no se
conocían las bases moleculares de generación de fuerza en sistemas biológicos
(el mecanismo de deslizamiento de filamentos en la contracción muscular)
Turing también consideró en su modelo la importancia de los factores
mecánicos (estrés, movimiento y elasticidad). Según nuestro matemático, un
sistema en morfogénesis consta de dos componentes: uno mecánico y otro
químico. De hecho, hoy se sabe que fenómenos mecánicos activos como el
transporte a lo largo de filamentos del citoesqueleto, el flujo citoplásmico
y la endocitosis tienen también papel esencial en la formación de patrones a
nivel tisular. Por ejemplo, en
el caso de la pigmentación en bandas del pez cebra hay evidencias adecuadas
de la existencia de activaciones de “rango” corto (short range),
junto con inhibiciones de “rango” amplio (long range), que son
requerimientos de los patrones Turing. En otros sistemas, la identidad de los
activadores y los inhibidores no se conoce todavía. Sin embargo, el
modelo Turing todavía no ha tenido aceptación general entre los biólogos
experimentales. Una razón es la enorme brecha entre la simplicidad matemática
del modelo y la complejidad del mundo real. Sin embargo, a medida que avanzan
la genómica y las nuevas tecnologías analíticas, el modelo de reacción y
difusión propuesto por Turing, lejos de perder vigencia, adquiere mayor
importancia en el estudio de un sistema complejo si los hay: la morfogénesis
de los organismos multicelulares. La profundidad
analítica del trabajo de Turing y el misterio de las razones que lo llevaron
a incursionar en la biología seguirán siendo motivo de asombro. Además de la
inmensa aportación al conocimiento de la moderna biología del desarrollo,
Turing demostró la necesidad de integrar la matemática biológica con la
biología experimental. Su mensaje sigue siendo válido: los científicos
experimentales deberán aprender el lenguaje de las matemáticas y del
modelamiento dinámico y, a su vez, los teóricos deberán adentrarse en el
mundo biológico, cuya complejidad empieza apenas a ser conocida.. |
