Alan Turing v nanosvětě

Britský matematik Alan Turing (1912–1954) se proslavil lvím podílem na dešifrování německých zpráv za druhé světové války a teoretickými pracemi, jimiž položil základy moderní informatiky. A také pohnutým osudem homosexuála pronásledovaného společností, ale to je jiný příběh. Poněkud stranou pozornosti leží jeho jediná biologická práce The chemical basis of morphogenesis, publikovaná roku 1952 ve Philosophical Transactions of the Royal Society. Navrhl v ní jednoduché vysvětlení vzniku periodicky se opakujících struktur v biologických systémech, například zebřích pruhů, levhartích skvrn, ale také tělních segmentů v embryogenezi obratlovců.

Turing spekuloval o interakci mezi látkami, z nichž jedna příslušný biologický proces, např. tvorbu kožního pigmentu, aktivuje, druhá inhibuje. Obě se šíří difuzí, ale rozdílnou rychlostí. Při vhodném nastavení parametrů (aktivátor např. musí difundovat pomaleji než inhibitor) je výsledkem vznik periodicky se opakujících struktur. Správnost tohoto vysvětlení byla nedávno potvrzena.

Fyzikové z Ústavu fyzikální chemie Polské akademie věd a z univerzity v dánském Roskilde nyní zjistili, že stejný proces, využívající souhry dvou látek lišících se rychlostí difuze, může fungovat i v neživých systémech v nanoměřítku, kde odolává i rušivému vlivu chaotických fluktuací. Počítačová simulace ukázala, že jedna perioda opakující se struktury může mít šířku pouhých dvaceti molekul. Turingovy struktury lze sice vytvořit pouze pomocí omezeného spektra látek, vzor však je možno následně kopírovat i na jiné materiály a zafixovat například fotopolymerací, což nabízí nové možnosti cílených úprav povrchů v nanoměřítku. (The Journal of Chemical Physics 141; doi: 10.1063/1.4895907)