Sistemas de reacción-difusión
En un artículo fundacional publicado en 1952, Alan Turing propuso un sencillo modelo químico para describir la morfogénesis, es decir, el proceso por el cual un zigoto adquiere forma y se convierte en embrión. El modelo involucra dos sustancias A y B sometidas a procesos de reacción y de difusión. A través de la reacción unas sustancias químicas se transforman en otras en un proceso dinámico. En el modelo de Turing la presencia de A contribuye al incremento tanto de la concentración de A como de B (se dice que A es un activador) mientras que B actúa de manera opuesta (se trata de un inhibidor). La difusión, por su parte, representa la tendencia natural de los sistemas materiales a homogeneizar su distribución espacial: piensen, por ejemplo, cómo se comporta una gota de tinta cuando se deja caer en el agua. Un hecho importante es que todas las sustancias no se difunden con la misma eficiencia. Lo que Turing demostró es que si el inhibidor B se difunde más que el activador A, el sistema puede desarrollar estructuras espaciales de manera espontánea a partir de una situación inicial espacialmente uniforme. Este hecho se llama ruptura espontánea de simetría espacial. Hubo que esperar hasta 1990 para que las predicciones de Turing fueran demostradas experimentalmente.
Las figuras muestran patrones espirales obtenidos experimentalmente en dos sistemas absolutamente dispares. En una reacción química (reacción de Belusov-Zhabotinskii) y en un experimento realizado con células del musgo Dictyostelium discoideum. La similitud de las estructuras es absolutamente impresionante.
Los modelos de reacción-difusión son utilizados para comprender la transmisión de ondas neuronales al corazón, el crecimiento de tumores cerebrales y la aparición de patrones ecológicos y bacterianos, entre otras. Los sistemas de reacción-difusión muestran una variedad impresionante de patrones, desde los sencillos listados hasta patrones espirales, pasando por patrones periódicos de diferentes simetrías. Así mismo, dependiendo de los parámetros del problema, los patrones pueden ser estáticos o dinámicos.
