生物体组成的系统如何形成丰富多样的有序模式阵列

1952年，艾伦·图灵(Alan Turing)发表了一项研究，该研究在数学上描述了由许多活生物体组成的系统如何形成丰富多样的有序模式阵列。他提出，这种“自组织”是由无模式的系统中的不稳定性引起的，这种不稳定性可能随着不同物种争夺空间和资源而形成。然而，到目前为止，研究人员一直在努力在实验室条件下重现图灵模式，从而对其适用性产生了严重怀疑。在EPJ B上发表的一项新研究中，爱尔兰利默里克大学的马尔堡·阿斯拉尼(Malbor Asllani)领导的研究人员重新审视了图灵的理论，以数学方式证明了通过简单的反应以及在各种各样的环境条件下如何发生不稳定性。

研究小组的结果可以帮助生物学家更好地了解自然界中许多有序结构的起源，从动物皮毛上的斑点和条纹到干旱环境中的植物丛。在图灵的原始模型中，他向闭环细胞的不同点引入了两种扩散化学物质。当它们扩散到相邻细胞中时，这些物种在相互作用时彼此“竞争”。最终组织形成模式。这种图案的形成取决于以下事实：在此过程中，对称性可能会不同程度地打破，具体取决于每种物质的扩散速度之间的比率。现在称为“转弯不稳定性”的机制。但是，图灵的一个重大缺点是

通过他们的计算，Asllani的团队表明，在足够大的细胞环中，扩散不对称会导致两个物种向同一方向传播，即使有竞争的化学物质以相同的速度扩散，也总是会出现产生有序模式的不稳定性。一旦形成，图案将保持静止，或以波浪的形式围绕环稳定传播。团队的结果解决了图灵对其理论的主要关注之一，并且是我们了解生命系统自发组织的内在动力的重要一步。