In natura, si sono evolute molte cose che differiscono per dimensioni, colore e, soprattutto, in forma. Mentre il colore o le dimensioni di un oggetto possono essere facilmente descritti, la descrizione di una forma è più complicata. In uno studio ora pubblicato su Comunicazioni sulla natura , Jacqueline Nowak del Max Planck Institute of Molecular Plant Physiology e i suoi colleghi hanno delineato un modo nuovo e migliorato per descrivere le forme basato su una rappresentazione di rete che può essere utilizzata anche per riassemblare e confrontare le forme.

Jacqueline Nowak ha progettato un nuovo approccio che si basa su una rappresentazione della forma basata sulla rete, grafico visibilità denominato, insieme a uno strumento per l'analisi delle forme, chiamato GraVis. Il grafico della visibilità rappresenta la forma di un oggetto definita dal contorno circostante e la struttura matematica dietro GraVis è specificata da un insieme di nodi posizionati equidistanti attorno al contorno. I nodi sono quindi collegati tra loro da archi, che non si incrociano o si allineano con il contorno della forma. Di conseguenza, testare la connessione tra tutte le coppie di nodi specifica il grafico di visibilità per la forma analizzata.

In questo studio, Jacqueline Nowak ha utilizzato i grafici di visibilità e lo strumento GraVis per confrontare forme diverse. Per testare la potenza del nuovo approccio, grafici di visibilità di semplici triangolari, forme rettangolari e circolari, ma anche forme complesse di granelli di sabbia, le forme dei pesci e le forme delle foglie sono state confrontate tra loro.

Utilizzando diversi approcci di apprendimento automatico, hanno dimostrato che l'approccio può essere utilizzato per distinguere le forme in base alla loro complessità. Per di più, i grafici di visibilità consentono di distinguere la complessità delle forme come è stato mostrato per le cellule della pavimentazione epidermica nelle piante, che hanno una forma simile ai pezzi di un puzzle. Per queste cellule, parametri di forma distinti come lunghezza del lobo, la larghezza del collo o l'area delle cellule possono essere quantificate con precisione con GraVis. "La quantificazione del numero di lobi delle cellule epidermiche con GraVis supera gli strumenti esistenti, dimostrando che si tratta di un potente strumento per affrontare questioni particolari rilevanti per l'analisi della forma, "dice Zoran Nikoloski, capo progetto GraVis, capo del gruppo di ricerca "Biologia dei sistemi e modellistica matematica" presso l'Istituto Max Planck di Fisiologia Molecolare Vegetale e Professore di Bioinformatica presso l'Università di Potsdam.

In futuro, gli scienziati vogliono applicare grafici di visibilità delle cellule epidermiche e delle foglie intere per ottenere informazioni biologiche sui processi cellulari chiave che influiscono sulla forma. Inoltre, le caratteristiche della forma di diverse cellule vegetali quantificate da GraVis possono facilitare gli schermi genetici per determinare le basi genetiche della morfogenesi. Finalmente, l'applicazione di GraVis aiuterà ad acquisire una comprensione più profonda dell'interrelazione tra cellule e forme di organi in natura.