Modelle zur biologischen Musterbildung: Turings Theorie und die spätere Entdeckung der Rolle von lokaler Selbstverstärkung und lang-reichweitiger Inhibition

Abstract

Die genetische Information ist in allen Zellen gleich. Für die Strukturbildung in einem sich entwickelnden Organismus müssen während der Entwicklung Signalsysteme aufgebaut werden, die ein positionsabhängiges Verhalten der Zellen ermöglichen. Alan Turing hat in seiner Arbeit von 1952 ,,The Chemical Basis of Morphogenesis“ [14] gezeigt, dass durch die Wechselwirkung von zwei unterschiedlich schnell diffundierenden Substanzen entsprechende Konzentrationsverteilungen aufgebaut werden können. Wir haben später gezeigt, dass eine solche Musterbildung dann und nur dann möglich ist, wenn eine lokal sich selbst verstärkende Reaktion mit einer lang-reichweitigen antagonistischen Reaktion gekoppelt ist. Heute kennen wir eine Reihe von solchen Signalsystemen, wie sie von der Theorie vorausgesagt wurden. Systeme mit drei beteiligten Komponenten wurden schon in Turings Arbeit erwähnt, aber wenig beachtet. Dieser Reaktionstyp, der zu Wanderwellen und zu Oszillationen in Gegenphase führen kann, spielt in verschiedenen Bereichen der Biologie auch eine wichtige Rolle.