I naturen, många saker har utvecklats som skiljer sig i storlek, färg och, framför allt, i form. Även om färgen eller storleken på ett föremål lätt kan beskrivas, beskrivningen av en form är mer komplicerad. I en studie som nu publicerats i Naturkommunikation , Jacqueline Nowak från Max Planck Institute of Molecular Plant Physiology och hennes kollegor har skisserat ett nytt och förbättrat sätt att beskriva former baserat på en nätverksrepresentation som också kan användas för att återmontera och jämföra former.

Jacqueline Nowak designade ett nytt tillvägagångssätt som bygger på en nätverksbaserad formrepresentation, namngiven synlighetsgraf, tillsammans med ett verktyg för att analysera former, benämnd GraVis. Synlighetsgrafen representerar formen på ett objekt som definieras av dess omgivande kontur och den matematiska strukturen bakom GraVis specificeras av en uppsättning noder placerade på samma avstånd runt konturen. Noderna är sedan förbundna med varandra med kanter, som inte korsar eller ligger i linje med formgränsen. Som ett resultat, testa kopplingen mellan alla par av noder specificerar synlighetsgrafen för den analyserade formen.

I den här studien, Jacqueline Nowak använde synlighetsgraferna och verktyget GraVis för att jämföra olika former. För att testa kraften i det nya tillvägagångssättet, synlighetsgrafer av enkla triangulära, rektangulära och cirkulära former, men också komplexa former av sandkorn, fiskformer och bladformer jämfördes med varandra.

Genom att använda olika metoder för maskininlärning, de visade att metoden kan användas för att särskilja former efter deras komplexitet. Vidare, synlighetsgrafer gör det möjligt att särskilja komplexiteten hos former som den visades för epidermala trottoarceller i växter, som har en liknande form som pusselbitar. För dessa celler, distinkta formparametrar som loblängd, halsbredd eller cellarea kan kvantifieras exakt med GraVis. "Kvantifieringen av lobantalet av epidermala celler med GraVis överträffar befintliga verktyg, visar att det är ett kraftfullt verktyg för att ta itu med särskilda frågor som är relevanta för formanalys, " säger Zoran Nikoloski, GraVis projektledare, chef för forskargruppen "Systembiologi och matematisk modellering" vid Max Planck Institute of Molecular Plant Physiology och professor i bioinformatik vid University of Potsdam.

I framtiden, forskarna vill använda synlighetsdiagram över epidermala celler och hela löv för att få biologiska insikter om viktiga cellulära processer som påverkar formen. Dessutom, formegenskaper hos olika växtceller kvantifierade av GraVis kan underlätta genetiska screeningar för att bestämma den genetiska grunden för morfogenes. Till sist, tillämpningen av GraVis kommer att hjälpa till att få en djupare förståelse för sambandet mellan celler och organformer i naturen.