[Date Prev][Date Next][Thread Prev][Thread Next][Date Index][Thread Index]

CCC - Artículo del Dr. Adolfo Martínez Palomo



Title: Xxxxxx

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

correo@xxxxxxxxxx

http://www.ccc.gob.mx

 

 

 


 

http://www.cronica.com.mx/imagenes/logo.gif

 

 

 

 

 

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..