Na natureza, muitas coisas evoluíram que diferem em tamanho, cor e, sobre tudo, em forma. Embora a cor ou o tamanho de um objeto possam ser facilmente descritos, a descrição de uma forma é mais complicada. Em um estudo agora publicado em Nature Communications , Jacqueline Nowak do Instituto Max Planck de Fisiologia Molecular de Plantas e seus colegas delinearam uma maneira nova e aprimorada de descrever formas com base em uma representação de rede que também pode ser usada para remontar e comparar formas.

Jacqueline Nowak projetou uma nova abordagem que se baseia em uma representação de forma baseada em rede, gráfico de visibilidade nomeado, junto com uma ferramenta para analisar formas, denominado GraVis. O gráfico de visibilidade representa a forma de um objeto que é definido por seu contorno circundante e a estrutura matemática por trás do GraVis é especificada por um conjunto de nós colocados equidistantemente ao redor do contorno. Os nós são então conectados uns aos outros por arestas, que não se cruzam ou se alinham com o limite da forma. Como resultado, testar a conexão entre todos os pares de nós especifica o gráfico de visibilidade para a forma analisada.

Neste estudo, Jacqueline Nowak usou os gráficos de visibilidade e a ferramenta GraVis para comparar diferentes formas. Para testar o poder da nova abordagem, gráficos de visibilidade de triangular simples, formas retangulares e circulares, mas também formas complexas de grãos de areia, as formas dos peixes e as formas das folhas foram comparadas entre si.

p Usando diferentes abordagens de aprendizado de máquina, eles demonstraram que a abordagem pode ser usada para distinguir formas de acordo com sua complexidade. Além disso, os gráficos de visibilidade permitem distinguir a complexidade das formas como foi mostrado para as células do pavimento epidérmico nas plantas, que têm um formato semelhante a peças de um quebra-cabeça. Para essas células, parâmetros de forma distintos, como comprimento do lóbulo, largura do pescoço ou área celular podem ser quantificados com precisão com GraVis. "A quantificação do número de lóbulos das células epidérmicas com GraVis supera as ferramentas existentes, mostrando que é uma ferramenta poderosa para abordar questões específicas relevantes para a análise de formas, "diz Zoran Nikoloski, Líder do projeto GraVis, chefe do grupo de pesquisa "Biologia de Sistemas e Modelagem Matemática" no Instituto Max Planck de Fisiologia Molecular de Plantas e Professor de Bioinformática na Universidade de Potsdam.

No futuro, os cientistas querem aplicar gráficos de visibilidade de células epidérmicas e folhas inteiras para obter insights biológicos dos principais processos celulares que afetam a forma. Além disso, características de forma de diferentes células vegetais quantificadas por GraVis podem facilitar a triagem genética para determinar a base genética da morfogênese. Finalmente, a aplicação do GraVis ajudará a obter uma compreensão mais profunda da inter-relação entre as células e as formas dos órgãos na natureza.