チューリング・パターン

仕組み

自らの生成を促す「活性化因子」と、それを抑える「抑制因子」の2つの物質を考える。両者の拡散の速さが大きく異なるなどの条件がそろうと、本来は均一に混ざっていくはずの状態が不安定になり、濃度の高い部分と低い部分が規則的に並ぶパターンが自然に現れる。数学的には2変数の連立偏微分方程式である反応拡散方程式で表され、特定の波長のゆらぎが増幅されるこの現象は「拡散誘導不安定」または「チューリング不安定」と呼ばれる。

チューリングの論文

チューリング⁴は1952年、論文「The Chemical Basis of Morphogenesis（形態形成の化学的基礎）」を『Philosophical Transactions of the Royal Society of London B』に発表した。生物の発生において、はじめは一様な状態からどのように空間的な構造が生まれるのかという問いに、化学反応と拡散の組み合わせで答えようとしたものだった。

実験での確認

長く理論上の存在にとどまっていたが、1990年、カステら（Castets, Dulos, Boissonade, De Kepper）が、亜塩素酸・ヨウ化物・マロン酸の化学反応（CIMA反応）をかき混ぜないゲルの中で進めることで、チューリング型のパターンを初めて実験的に示した。

生物では1995年、近藤滋と浅井礼子が、タテジマキンチャクダイの体表の縞模様が成長につれて変化する様子が反応拡散方程式のシミュレーション²と一致することを示し、生物の模様がチューリング・パターンであることを実験的に確かめた。この成果は『Nature』に発表された。

自然界の例

魚の体表の模様、動物の毛皮の模様、羽毛や毛の生え方（毛包の配置）、指紋など、さまざまな現象がこの枠組みで説明されている。