Alan Turing, los animales y sus manchas

¿Alguna vez te preguntaste por qué razón el pelaje de algunos animales tienen manchas, pero otros cuentan con rayas? ¿O por qué algunos no tienen ni una cosa ni la otra? Aunque parezca algo sin importancia, los científicos han dedicado una buena cantidad de horas a analizar el asunto. Uno de estos científicos es el matemático, informático teórico, criptógrafo y filósofo inglés Alan Turing. El secreto se encuentra escondido en la forma en que se desarrollan los embriones y la manera en que dos sustancias se difunden unas en otras a lo largo del tiempo.

Hay mentes realmente brillantes. La de Alan Turing ha sido sin dudas una de ellas. Reconocido sobre todo por sus trabajos destinados a romper el código secreto utilizado por el bando alemán durante la Segunda Guerra Mundial y por su “Máquina de Turing”, este matemático e informático inglés también se interesó por cuestiones como las del título de este artículo. Todos hemos observado la forma en que se distribuyen los colores sobre el pelaje de diferentes animales. Algunos, como las jirafas, poseen grandes manchas de color. Otros, como los leopardos tienen manchas pequeñas. Un tercer grupo, en el que se encuentran las cebras, están cubiertos de rayas. Y algunos, los más “aburridos”, tienen todo su pelo de un mismo color. Sin embargo, casi nadie se detiene a pensar en el porqué de esa variedad de pelajes.

Alan Turing publicó en 1952 un libro titulado “The chemical basis of the morphogenesis” (“Las bases químicas de la morfogénesis”). ¿Por qué un matemático se sintió atraído por estas cuestiones? Bien, porque al igual que ocurre entre los números de Fibonacci y muchos vegetales, las manchas de los animales se relacionan íntimamente con las matemáticas. El primer modelo de morfogénesis -uno de los tres aspectos fundamentales de la biología del desarrollo, junto con el control del crecimiento y de la diferenciación celular- fue propuesto por Turing, y se conoce como “el modelo de reacción – difusión“. Mediante una serie de ecuaciones diferenciales, el trabajo describe los cambios de las concentraciones de dos sustancias a lo largo del tiempo, y la forma en que se difunden y reaccionan una con otra.

Cuando se aplica este modelo a los animales, se encuentra una respuesta satisfactoria a cuestiones del tipo: ¿por qué hay animales con cuerpos manchados y colas rayadas, pero no al revés? ¿Por qué ciertos animales no tienen manchas ni rayas? En los vertebrados el color de la piel está determinado por unas células cargadas de pigmentos llamadas cromatóforos. Estas tienen un origen muy particular: durante la formación del tubo nervioso, las células epiteliales de los márgenes de la placa neural embrionaria se diferencian en células mesenquimáticas migradoras.

Una parte de estas células migran por debajo del ectodermo embrionario y acaban integradas a la epidermis. En función de su mayor o menor desarrollo y acumulación de pigmentos proporcionarán a la piel una tonalidad más clara o más oscura. En definitiva, la forma en que reaccionan y se distribuyen dos productos químicos diferentes en la piel del animal es lo que proporciona el color de sus pelos. Uno de ellos estimula la producción de melanina – la proteína que da color a la piel- y otro bloquea su producción. El modelo de Turing explica cómo los diferentes motivos del pelaje dependen solamente del grosor y la forma de la región en la que se desarrollan. Un solo grupo de ecuaciones, más o menos complejas, sirve para explicar el diseño de la piel de todos los animales.
A medida que el embrión se desarrolla en el útero de su madre, las dos sustancias químicas se distribuyen por su superficie. De acuerdo al momento del desarrollo en que estos cambios tienen lugar es que se forman los diferentes diseños. La forma y tamaño de las regiones de piel imponen limitaciones a los dibujos que aparecerán sobre ella. Esto explica por qué en una forma alargada -como una cola- las manchas se transforman en rayas.

Estas ecuaciones también permiten explicar los dibujos de las alas de las mariposas y los motivos coloreados de los peces tropicales. Estudios efectuados más recientemente indican que las mismas ecuaciones podrían describir la forma en que se forman las extremidades de los vertebrados a lo largo de su desarrollo.
Un hombre que sólo cinco o seis años atrás descifraba los mensajes de las máquinas alemanas Enigma– encontró también la explicación al por qué de las formas de las manchas de los animales. ¿No es sorprendente?