Morfogenese og udvikling af levende former

Hvad er morfogenese? Morfogenesen undersøger udviklingen af ​​de levende organismers former.

Det er også et forskningsområde for Lakshminarayanan Mahadevan, professor i anvendt matematik, Organisk og evolutionsbiologi og fysik ved Harvard University. På hans præsentation i serien Public Lectures Unveiling Math (PLUM) her på Duke, han krediterede begyndelsen af ​​morfogenesen til D'Arcy Wentworth Thompson, forfatter til bogen Om vækst og form.

Matematisk, morfogenese fokuserer på, hvordan forskellige væksthastigheder ændrer organismers former, efterhånden som de udvikler sig. Mobilnummer, celle størrelse, celle form, og celleposition omfatter de primære cellulære faktorer af multicellulær morfogenese, som studerer større strukturer end individuelle celler og er Mahadevans fokus.

Virkninger på væv vises gennem ændringer i størrelser, tilslutningsmuligheder, og former, ændre fænotypen, eller det ydre fysiske udseende. Alle disse variabler ændrer sig i rum og tid. Professor Mahadevan præsenterede morfogenese undersøgelser, der er blevet udført på planteskud, indvolde, og hjerner.

Forskning i planteskud koncentrerer sig ofte om spørgsmålet, "Hvorfor vokser planteskud i så mange forskellige retninger, og hvad bestemmer deres former?" Billedet nedenfor viser de forskellige stillinger, der ses af planteskud fra helt lige til lænende til hængende.

Kan morfogenesen give mening med disse forskelle? Gennem matematisk modellering, to stimuli for skuds former blev bestemt:tyngdekraften og sig selv. Derudover elasticitet som funktion af skuddenes vægt spiller en rolle i de matematiske modeller af planteskuds former, som optræder i Mahadevans afhandling, skrevet sammen med en medprofessor, Raghunath Chelakkot. Mahadevan udforskede også dannelsen af ​​blomster- og bladformer med disse morfogeneseundersøgelser.

Over tyve fods indvolde er viklet op inde i dig. For at passe disse tarme ind i pattedyrene, de skal spole og sløjfe. Men hvilke variabler bestemmer, hvordan disse indvolde går rundt? For at finde svaret på dette spørgsmål, Mahadevan og andre forskere undersøgte kyllingeembryoner, som øger deres tarmlængder med en faktor større end tyve over en tolv dages periode. De var i stand til at skabe en fysisk model ved hjælp af et gummirør syet til et lagen, der fulgte de samme mønstre som ungernes indvolde. Gennem deres observation af ikke kun kyllinger, men også vagtler og mus, Mahadevan fastslog, at morfogenesen af ​​tarmene ikke er afhængig af genetik eller andre mikroskopiske faktorer.

Mahadevans undersøgelse af, hvordan hjernefoldninger sker gennem MR-billeder af menneskets fosterudvikling. I første omgang, Der findes næsten ingen foldninger på fosterets hjerner, men til sidst danner geometrien af ​​omgivelserne sammen med lokal stress folder på hjernen. Ved at skabe en skabelon med gel og behandle den for at efterligne forholdet mellem hjernens grå stof og hvide substans, Mahadevan opdagede sammen med andre forskere, at de kunne reproducere hjernens folder. Fordi de var i stand til at genskabe folderne kun gennem global geometri og lokal stress, de konkluderede, at morfogenese-evolutionen ikke afhænger af mikroskopiske faktorer såsom genetik. Yderligere, ved at undersøge om foldeområder korrelerer med hjernens aktivitetsområder, spørgsmål om den fysiske forms effekt på evner og hjernens indre funktioner.