captcha

Jūsų klausimas priimtas

Kompiuterių mokslo pradininkas galėjo netyčia numatyti pirštų susidarymo mechanizmą

Britų matematikas Alanas Turingas (1912–1954) daugiausiai yra žinomas dėl to, jog Antrojo pasaulinio karo metais įveikė vokiečių šifravimo mašinos „Enigma“ logiką, o kiek anksčiau yra publikavęs mokslinį darbą, kurį galima vadinti viso kompiuterių mokslo ir kompiuterinės logikos pagrindu. O dar jis domėjosi dirbtinio intelekto klausimai ir pasiūlė Turingo testą, kuris iki šiol yra naudojamas dirbtinio intelekto kūrėjų.
K. Vanago (BFL) nuotr.
K. Vanago (BFL) nuotr.

Britų matematikas Alanas Turingas (1912–1954) daugiausiai yra žinomas dėl to, jog Antrojo pasaulinio karo metais įveikė vokiečių šifravimo mašinos „Enigma“ logiką, o kiek anksčiau yra publikavęs mokslinį darbą, kurį galima vadinti viso kompiuterių mokslo ir kompiuterinės logikos pagrindu. O dar jis domėjosi dirbtinio intelekto klausimai ir pasiūlė Turingo testą, kuris iki šiol yra naudojamas dirbtinio intelekto kūrėjų.

O štai A. Turingo pasiekimai matematinės biologijos srityje mūsų laikais kur kas menkiau žinomi. Tačiau ne menkiau svarbūs. Šia tema jis publikavo vos vieną mokslinį darbą – 1952 metais. Bet to pakako, kad po jo tyrimo kiltų ištisa struktūrų formavimosi tyrimų banga. A. Turingas pareiškė, jog iš principo pakaktų vos 2 molekulių sistemos, kad susidarytų dėmėtos arba dryžuotos struktūros – tereikia, kad molekulės tinkamai difunduotų ir chemiškai sąveikautų.

A. Turingo matematinės lygtys parodė, kad pradedant nuo tolygios būsenos (t. y., homogeninio medžiagų pasiskirstymo), molekulės galėtų spontaniškai, savaime organizuotis ir tam tikruose taškuose padidinti savo koncentracija, taip sudarant pasikartojančias erdvines struktūras. Ši teorija buvo priimta kaip paaiškinimas, dėl ko atsiranda gana paprastos natūralios struktūros – zebro dryžiai, gepardų dėmės ir netgi smėlio kopų bangos. Tačiau daugiau nei šešis dešimtmečius jokiam embriologui nepavyko paaiškinti, kaip A. Turingo teoriją pritaikyti aiškinant, kaip susiformuoja tokios struktūros, kaip pirštai.

Tačiau Genominės reguliacijos centro (Ispanija) Daugialąstelinių sistemų biologijos laboratorijos mokslininkai, vadovaujami profesoriaus Jameso Sharpe`o, mokslo pasauliui pateikė ilgai lauktų duomenų, patvirtinančių, kad ir pirštai formuojasi pagal A. Turingo aprašytą mechanizmą. Naujausiu savo darbu šios grupės mokslininkai papildė kiek ankstesnį savo tyrimą, kuriuo buvo nustatę, jog Hox genai ir FGF signalinės molekulės moduliuoja hipotetinę Turingo sistemą. Tiesa, anuomet pačios Turingo molekulės nebuvo identifikuotos, todėl ir užduotis nebuvo iki galo išspręsta. „Naujuoju tyrimu darbas užbaigtas – išsiaiškinta, kurios molekulės atlieka Turingo sistemos komponentų vaidmenį“, – sakė J. Sharpe`as.

Mokslininkai savo darbe taikė sistemų biologijos metodus – derino eksperimentinė darbą ir kompiuterinį modeliavimą.

Iš pradžių, atliekant daugelio skirtingų genų ekspresijos atranką, mokslininkai nustatė, jog pirštų formavimesi reikiamu aktyvumu pasižymi du genetinių signalų keliai: BMP ir WNT. Tuomet buvo sudarytas minimalus matematinis modelis, suderinamas su visais duomenimis ir nustatyta, jog abu šie signaliniai keliai yra susiję per nedifunduojančią molekulę – transkripcijos faktorių Sox9.

Vėliau buvo atliktas kompiuterinis modeliavimas, prognozuojantis, kas nutiks inhibavus kurį nors iš atrinktųjų genetinių kelių arba abu juos kartu – modeliuojant buvo prognozuojama, kaip keisis pirštų susidarymas. Palyginus modelio prognozę su realiu laboratoriniu eksperimentu, atliktu su nedideliais audinio gabaliukais petri lėkštelėje gautos tokios pačios embrioninės pirštų užuomazgos. Kitaip tariant, kompiuterinio modelio prognozė buvo patvirtinta eksperimentiškai.

O tai reiškia, kad mokslininkai atsakė ilgai ramybės nedavusį klausimą, tačiau ramesnis šių mokslininkų miegas – ne vienintelė jų darbo nauda. Kartu pažvelgta ir į daug bendresnę sritį, apsakančią, kaip milijonai mūsų kūno ląstelių gali dinamiškai persitvarkyti ir sudaryti tvarkingas trimates struktūras, inkstus, širdis, žarnyną ir kitus organus. Turingo idėjos išvystymas meta iššūkį ir tradicinei kūno struktūrų formavimąsi aprašančiai idėjai, vadinamai pozicine informacija: ši idėja byloja, kad ląstelės žino kuo joms tapti, nes jos gauna informaciją apie savo erdvinę padėtį. Tuo tarpu pastarasis darbas nurodo, kad organogenezėje kur kas svarbesni gali būti vietiniai savaiminio organizavimosi mechanizmai.

Geriau suvokdami, kaip formuojasi daugialąstelinių organizmų dalys, mokslininkai turės kur kas daugiau žinių regeneracinės medicinos srityje – galbūt vieną dieną šios žinios leis užauginti pakaitinius organus žmonėms. Nors tokia perspektyva kol kas atrodo labai tolima, tyrimo rezultatai gali paaiškinti, kodėl polidaktilija (didesnis nei standartinis kojų ar rankų pirštų skaičius) yra toks įprastas įgimtas defektas: Turingo sistema, lyginant su alternatyviais modeliais, matematiškai šiek tiek mažesniu tikslumu reguliuoja „dryžių“ kiekį.

Tyrimą publikavo prestižinis recenzuojamas žurnalas „Science“, su juo išsamiau susipažinti galima čia.

www.DELFI.lt

Komentarai

Spausdami siųsti mygtuką sutinkate su Taisyklėmis ir atsakomybe

Mokslas ir IT

 

Susiję įrašai

 
Visi įrašai
Kraunasi ...
 
GrojaraštisIrašaiKeisti
Kraunasi ...
  
VartotojasPašalinti
Kraunasi ...