Le cadre mathématique permet une caractérisation précise des formes – Technoguide

Dans la nature, beaucoup de choses ont évolué qui diffèrent par la taille, la couleur et, surtout, la forme. Si la couleur ou la taille d’un objet peut être facilement décrite, la description d’une forme est plus compliquée. Dans une étude maintenant publiée dans Nature Communications, Jacqueline Nowak du Max Planck Institute of Molecular Plant Physiology et ses collègues ont décrit une nouvelle façon améliorée de décrire des formes basée sur une représentation en réseau qui peut également être utilisée pour réassembler et comparer des formes.

Jacqueline Nowak a conçu une nouvelle approche qui repose sur une représentation de forme basée sur un réseau, nommée graphique de visibilité, ainsi qu’un outil d’analyse de formes, appelé GraVis. Le graphique de visibilité représente la forme d’un objet qui est définie par son contour environnant et la structure mathématique derrière GraVis est spécifiée par un ensemble de nœuds placés à équidistance autour du contour. Les nœuds sont ensuite reliés les uns aux autres par des arêtes qui ne se croisent pas ou ne s’alignent pas avec la limite de la forme. Par conséquent, le test de la connexion entre toutes les paires de nœuds spécifie le graphique de visibilité de la forme analysée.

Dans cette étude, Jacqueline Nowak a utilisé les graphiques de visibilité et l’outil GraVis pour comparer différentes formes. Pour tester la puissance de la nouvelle approche, des graphiques de visibilité de formes triangulaires, rectangulaires et circulaires simples, mais aussi des formes complexes de grains de sable, des formes de poissons et des formes de feuilles ont été comparés les uns aux autres.

En utilisant différentes approches d’apprentissage automatique, ils ont démontré que l’approche peut être utilisée pour distinguer les formes en fonction de leur complexité. De plus, les graphiques de visibilité permettent de distinguer la complexité des formes comme cela a été montré pour les cellules épidermiques de la chaussée chez les plantes, qui ont une forme similaire à des pièces de puzzle. Pour ces cellules, des paramètres de forme distincts tels que la longueur du lobe, la largeur du cou ou la surface cellulaire peuvent être quantifiés avec précision avec GraVis. «La quantification du nombre de lobes de cellules épidermiques avec GraVis surpasse les outils existants, montrant qu’il s’agit d’un outil puissant pour répondre à des questions particulières liées à l’analyse de forme», déclare Zoran Nikoloski, chef de projet GraVis, chef du groupe de recherche «Biologie des systèmes et Modélisation Mathématique “à l’Institut Max Planck de Physiologie Moléculaire des Plantes et Professeur de Bioinformatique à l’Université de Potsdam.

À l’avenir, les scientifiques souhaitent appliquer des graphiques de visibilité des cellules épidermiques et des feuilles entières pour obtenir des informations biologiques sur les processus cellulaires clés qui ont un impact sur la forme. En outre, les caractéristiques de forme de différentes cellules végétales quantifiées par GraVis peuvent faciliter les criblages génétiques pour déterminer la base génétique de la morphogenèse. Enfin, l’application de GraVis aidera à mieux comprendre l’interrelation entre les cellules et les formes d’organes dans la nature.

Source de l’histoire:

Matériel fourni par Max-Planck-Gesellschaft. Remarque: le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

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