Cos'è la morfogenesi? La morfogenesi esamina lo sviluppo delle forme degli organismi viventi.

È anche un'area di ricerca per Lakshminarayanan Mahadevan, Professore di Matematica Applicata, Biologia e Fisica Organismica ed Evoluzionistica presso la Harvard University. Alla sua presentazione nella serie Public Lectures Unveiling Math (PLUM) qui alla Duke, ha attribuito gli inizi della morfogenesi a D'Arcy Wentworth Thompson, autore del libro Sulla crescita e sulla forma.

Matematicamente, la morfogenesi si concentra su come i diversi tassi di crescita modificano le forme degli organismi mentre si sviluppano. Numero di cellulare, dimensione delle cellule, forma cellulare, e la posizione delle cellule comprendono i fattori cellulari primari della morfogenesi multicellulare, che studia strutture più grandi delle singole cellule ed è l'obiettivo di Mahadevan.

Gli effetti sui tessuti si manifestano attraverso cambiamenti di dimensioni, connettività, e forme, alterare il fenotipo, o l'aspetto fisico esteriore. Tutte queste variabili cambiano nello spazio e nel tempo. Il professor Mahadevan ha presentato studi di morfogenesi condotti su germogli di piante, intestini, e cervello.

La ricerca sui germogli delle piante si concentra spesso sulla domanda, "Perché i germogli delle piante crescono in una così ampia varietà di direzioni e cosa determina le loro forme?" L'immagine qui sotto mostra le diverse posture dei germogli delle piante, da completamente dritti a pendenti a pendenti.

La morfogenesi può dare un senso a queste differenze? Attraverso modelli matematici, sono stati determinati due stimoli per la forma dei germogli:la gravità e se stessa. Inoltre, l'elasticità in funzione del peso dei germogli gioca un ruolo nei modelli matematici delle forme dei germogli delle piante che appaiono nell'articolo di Mahadevan scritto in collaborazione con un collega professore, Raghunath Chelakkot. Mahadevan ha anche esplorato la formazione di forme di fiori e foglie con questi studi di morfogenesi.

Dentro di te sono avvolti più di sei metri di budella. Per adattare questi intestini all'interno dei mammiferi, devono avvolgersi e avvolgersi. Ma quali variabili determinano il modo in cui queste viscere girano intorno? Per scoprire la risposta a questa domanda, Mahadevan e altri ricercatori hanno esaminato embrioni di pollo che aumentano la lunghezza dell'intestino di un fattore superiore a venti nell'arco di dodici giorni. Sono stati in grado di creare un modello fisico utilizzando un tubo di gomma cucito su un lenzuolo che seguiva gli stessi schemi delle budella dei pulcini. Attraverso la loro osservazione non solo di pulcini ma anche di quaglie e topi, Mahadevan ha stabilito che la morfogenesi delle viscere non dipende dalla genetica o da altri fattori microscopici.

Lo studio di Mahadevan su come le pieghe del cervello avviene attraverso immagini MRI dello sviluppo fetale umano. Inizialmente, a malapena esiste una piegatura sul cervello fetale, ma alla fine la geometria dell'ambiente circostante insieme alle forme di stress locali si piegano sul cervello. Creando un modello con il gel e trattandolo per imitare la relazione tra la materia grigia del cervello e la materia bianca, Mahadevan insieme ad altri ricercatori hanno scoperto che potevano riprodurre le pieghe del cervello. Poiché sono stati in grado di ricreare le pieghe solo attraverso la geometria globale e lo stress locale, hanno concluso che l'evoluzione della morfogenesi non dipende da fattori microscopici come la genetica. Ulteriore, esaminando se le regioni di piegatura sono correlate con le regioni di attività del cervello, domande sull'effetto della forma fisica sulle capacità e sulle funzioni interne del cervello.