Wat is morfogenese? Morfogenese onderzoekt de ontwikkeling van de vormen van de levende organismen.

Het is ook een onderzoeksgebied voor Lakshminarayanan Mahadevan, Hoogleraar Toegepaste Wiskunde, Organismische en evolutionaire biologie en natuurkunde aan de Harvard University. Over zijn presentatie in de serie Public Lectures Unveiling Math (PLUM) hier bij Duke, schreef hij het begin van de morfogenese toe aan D'Arcy Wentworth Thompson, auteur van het boek Over groei en vorm.

wiskundig, morfogenese richt zich op hoe verschillende groeisnelheden de vormen van organismen veranderen terwijl ze zich ontwikkelen. Gsm-nummer, celgrootte, celvorm, en celpositie omvatten de primaire cellulaire factoren van meercellige morfogenese, die grotere structuren bestudeert dan individuele cellen en is de focus van Mahadevan.

Effecten op weefsels verschijnen door veranderingen in grootte, verbindingen, en vormen, het veranderen van het fenotype, of de uiterlijke fysieke verschijning. Al deze variabelen veranderen in ruimte en tijd. Professor Mahadevan presenteerde morfogenesestudies die zijn uitgevoerd op plantenscheuten, ingewanden, en hersenen.

Onderzoek naar plantscheuten concentreert zich vaak op de vraag, "Waarom groeien plantenscheuten in zo'n grote verscheidenheid aan richtingen en wat bepaalt hun vorm?" De afbeelding hieronder toont de verschillende houdingen verschijningen van plantenscheuten van volledig recht naar leunend tot hangend.

Kan morfogenese deze verschillen duiden? Door middel van wiskundige modellering, twee stimuli voor de vormen van scheuten werden bepaald:de zwaartekracht en zichzelf. Aanvullend, elasticiteit als functie van het gewicht van de scheuten speelt een rol in de wiskundige modellen van de vormen van plantenscheuten die voorkomen in Mahadevans paper, geschreven in samenwerking met een collega-professor, Raghunath Chelakkot. Mahadevan onderzocht ook de vorming van bloem- en bladvormen met deze morfogenesestudies.

Meer dan zes meter lef zit in je opgerold. Om deze darmen in de zoogdieren te laten passen, ze moeten oprollen en lussen. Maar welke variabelen bepalen hoe deze lef ronddraait? Om het antwoord op deze vraag te ontdekken, Mahadevan en andere onderzoekers onderzochten kippenembryo's die hun darmlengte met een factor meer dan twintig vergroten over een periode van twaalf dagen. Ze waren in staat om een ​​fysiek model te maken met behulp van een rubberen buis die aan een laken was genaaid en die dezelfde patronen volgde als de ingewanden van de kuikens. Door hun observatie van niet alleen kuikens, maar ook kwartels en muizen, Mahadevan stelde vast dat de morfogenese van de ingewanden niet afhankelijk is van genetica of andere microscopische factoren.

Mahadevan's onderzoek naar hoe de hersenplooien plaatsvinden door middel van MRI-beelden van menselijke foetale ontwikkeling. aanvankelijk, er bestaat nauwelijks vouwing op foetale hersenen, maar uiteindelijk vormen de geometrie van de omgeving samen met lokale stress plooien op de hersenen. Door een sjabloon met gel te maken en deze te behandelen om de relatie tussen de grijze stof van de hersenen en de witte stof na te bootsen, Mahadevan ontdekte samen met andere onderzoekers dat ze de hersenplooien konden reproduceren. Omdat ze de plooien konden recreëren door alleen globale geometrie en lokale spanning, zij concludeerden dat de evolutie van morfogenese niet afhangt van microscopische factoren zoals genetica. Verder, door te onderzoeken of vouwgebieden correleren met de activiteitsgebieden van de hersenen, vragen over het effect van fysieke vorm op vermogens en de innerlijke functies van de hersenen.