p O que é morfogênese? Morfogênese examina o desenvolvimento das formas dos organismos vivos. p É também uma área de pesquisa para Lakshminarayanan Mahadevan, Professor de Matemática Aplicada, Biologia Organísmica e Evolutiva e Física na Universidade de Harvard. Em sua apresentação na série Public Lectures Unveiling Math (PLUM) aqui na Duke, ele creditou o início da morfogênese a D'Arcy Wentworth Thompson, autor do livro On Growth and Form.

p Matematicamente, morfogênese concentra-se em como diferentes taxas de crescimento mudam as formas dos organismos à medida que se desenvolvem. Número do celular, tamanho da célula, forma de célula, e a posição celular compreende os fatores celulares primários da morfogênese multicelular, que estuda estruturas maiores do que células individuais e é o foco de Mahadevan.

p Os efeitos nos tecidos aparecem por meio de mudanças nos tamanhos, conectividades, e formas, alterando o fenótipo, ou a aparência física externa. Todas essas variáveis ​​mudam no espaço e no tempo. O professor Mahadevan apresentou estudos de morfogênese que foram realizados em brotos de plantas, culhões, e cérebros.

p A pesquisa sobre brotos de plantas muitas vezes se concentra na questão, "Por que os brotos das plantas crescem em uma variedade tão grande de direções e o que determina suas formas?" A imagem abaixo mostra as diferentes aparências de posturas de brotos de plantas, desde completamente retos até inclinados para pendurados.

p A morfogênese pode dar sentido a essas diferenças? Por meio de modelagem matemática, dois estímulos para o formato dos brotos foram determinados:a gravidade e ela própria. Adicionalmente, elasticidade em função do peso dos brotos desempenha um papel nos modelos matemáticos das formas dos brotos de plantas que aparecem no artigo de Mahadevan co-escrito com um colega professor, Raghunath Chelakkot. Mahadevan também explorou a formação de formas de flores e folhas com esses estudos de morfogênese.

p Mais de seis metros de tripas estão enroladas dentro de você. Para encaixar esses intestinos dentro dos mamíferos, eles devem enrolar e dar laços. Mas que variáveis ​​determinam como essas vísceras giram em torno? Para descobrir a resposta a esta pergunta, Mahadevan e outros pesquisadores examinaram embriões de pinto que aumentam o comprimento do intestino por um fator maior do que vinte ao longo de um período de 12 dias. Eles conseguiram criar um modelo físico usando um tubo de borracha costurado a uma folha que seguia os mesmos padrões das entranhas dos pintinhos. Por meio da observação não apenas de pintinhos, mas também de codornizes e camundongos, Mahadevan determinou que a morfogênese dos intestinos não depende da genética ou de quaisquer outros fatores microscópicos.

p O estudo de Mahadevan de como as dobras cerebrais ocorrem por meio de imagens de ressonância magnética do desenvolvimento fetal humano. Inicialmente, quase nenhuma dobra existe no cérebro fetal, mas, eventualmente, a geometria do entorno, juntamente com o estresse local, forma dobras no cérebro. Ao criar um modelo com gel e tratá-lo para imitar a relação entre a massa cinzenta e a branca do cérebro, Mahadevan, junto com outros pesquisadores, descobriu que eles podiam reproduzir as dobras do cérebro. Porque eles foram capazes de recriar as dobras apenas através da geometria global e tensão local, eles concluíram que a evolução da morfogênese não depende de fatores microscópicos como a genética. Avançar, examinando se as regiões de dobramento se correlacionam com as regiões de atividade do cérebro, perguntas sobre o efeito da forma física nas habilidades e nas funções internas do cérebro.