An Experimental Design Method Leading to Chemical Turing Patterns

反应扩散系统 双稳态 图案形成 硫脲 图灵 扩散 生物系统 化学 化学物理 追踪 化学反应 材料科学 计算机科学 热力学 物理 有机化学 光电子学 操作系统 生物 程序设计语言 遗传学
作者
Judit Horváth,István Szalai,P. De Kepper
出处
期刊:Science [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:324 (5928): 772-775 被引量:223
标识
DOI:10.1126/science.1169973
摘要

Chemical reaction-diffusion patterns often serve as prototypes for pattern formation in living systems, but only two isothermal single-phase reaction systems have produced sustained stationary reaction-diffusion patterns so far. We designed an experimental method to search for additional systems on the basis of three steps: (i) generate spatial bistability by operating autoactivated reactions in open spatial reactors; (ii) use an independent negative-feedback species to produce spatiotemporal oscillations; and (iii) induce a space-scale separation of the activatory and inhibitory processes with a low-mobility complexing agent. We successfully applied this method to a hydrogen-ion autoactivated reaction, the thiourea-iodate-sulfite (TuIS) reaction, and noticeably produced stationary hexagonal arrays of spots and parallel stripes of pH patterns attributed to a Turing bifurcation. This method could be extended to biochemical reactions.

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