2020年2月の記事一覧

■Turing AM. The chemical basis of morphogenesis. Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series B, Biological Sciences, 237(641):37-72, 1952.
形態形成の主要な現象が，モルフォゲンと呼ばれる（互いに反応し組織を介して拡散する化学物質）の系で説明できることを示しました．初期状態は全く均一の系ですが，ランダムな外乱によって引き起こされる均一平衡の不安定性により，パターンや構造が発展する可能性があります．このような反応拡散系は，生物学的には珍しいシステムですが，数学的には便利な孤立した細胞のリングの場合にある程度詳細に考慮されます。
調査は主に不安定性の開始に関係しています。これが取ることができる6つの本質的に異なる形式があることがわかります。最も興味深い形では、定常波がリングに現れます。これは、たとえば、ヒドラの触手パターンや渦巻きの葉の原因となる可能性があります。球体上の反応と拡散のシステムも考慮されます。
そのようなシステムは原腸形成を説明しているようです。 2次元の別の反応システムは、垂れ下がった模様を思い起こさせます。また、2次元の定常波が葉序の現象を説明できることも示唆されています。
この論文の目的は、受精卵の遺伝子が，生物の解剖学的構造を決定する可能性のあるメカニズムを議論することです．この理論は新しい仮説を立てません．特定のよく知られた物理法則だけで多くの事実を説明するのに十分です．この論文を完全に理解するには、数学の十分な知識が必要です．若干の生物学，基礎化学，読者がこれらすべての専門家になることは期待できないので，多くの基本的な事実を説明しました（それらは教科書で見ることができますが，省略すると論文が読み難くなるので）．

■Kondo S and Asai R. A reaction-diffusion wave on the skin of the marine angelfish Pomacanthus.Nature, 376(6543):765, 1995.
1952年にチューリングは,反応拡散系と呼ばれる分子的機構仮説を提案しました．これによると，均一な初期状態から周期的なパターンを作り出すことができます．形態形成でのパターン形成現象を説明するために，この反応拡散に基づいて多くの理論モデルが提案されましたが，生物学分野で，このような系の存在の決定的な実験的証拠はありません．海洋エンゼルフィッシュのポマカンサスには，皮膚に固定されていない縞模様があり，体の成長で単純に比例して拡大する哺乳類の皮膚のパターンとは異なり，ポマカンサスの縞模様はパターンの連続的な再配置により線間のスペースを維持します．パターンの変更はストライプの構造によって異なりますが，チューリング系に基づくシミュレーションプログラムは，将来のパターンを正しく予測できます．実際のパターンの再配置とシミュレートされたパターンの再配置の顕著な類似性は，反応拡散波がポマカンサスの縞模様の実行可能なメカニズムであることを強く示唆しています．

■Kondo S and Miura T. Reaction-diffusion model as a framework for understanding biological pattern formation.Science, 329(5999):1616-1620, 2010.
チューリング,または反応拡散（RD）モデルは，発達中の動物胚における自己制御パターン形成を説明する最も有名な理論モデルの1つです．実世界での関連は長い間議論されてきましたが，多くの説得力のある例がモデルを取り巻く懐疑論の多くを説得しつつあります． RDモデルはさまざまな空間パターンを生成できます．数学的研究により，それぞれに必要な相互作用の種類が明らかになり，さまざまな形態現象の実験での仮説として，このモデルが適用できる可能性があります．
このレビューでは，RDモデルが効果的に組み込まれている実験研究の例を使用して，モデルに不慣れな実験生物学者のためにこの理論の本質を説明します．