Dans la nature, beaucoup de choses ont évolué qui diffèrent par la taille, couleur et, par dessus tout, en forme. Alors que 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 Communication Nature , Jacqueline Nowak de l'Institut Max Planck de physiologie moléculaire des plantes et ses collègues ont décrit une nouvelle façon améliorée de décrire des formes sur la base d'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, graphe de visibilité nommé, ainsi qu'un outil d'analyse des formes, appelé GraVis. Le graphique de visibilité représente la forme d'un objet qui est défini par son contour environnant et la structure mathématique derrière GraVis est spécifiée par un ensemble de nœuds placés à égale distance autour du contour. Les nœuds sont alors reliés entre eux par des arêtes, qui ne se croisent pas ou ne s'alignent pas avec la limite de la forme. Par conséquent, tester 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 simple triangulaire, formes rectangulaires et circulaires, mais aussi des formes complexes de grains de sable, les formes des poissons et les formes des feuilles ont été comparées entre elles.

En utilisant différentes approches d'apprentissage automatique, ils ont démontré que l'approche peut être utilisée pour distinguer des formes selon leur complexité. Par ailleurs, des graphiques de visibilité permettent de distinguer la complexité des formes comme cela a été montré pour les cellules de chaussée épidermique chez les plantes, qui ont une forme similaire à des pièces de puzzle. Pour ces cellules, des paramètres de forme distincts comme la longueur du lobe, la largeur du col ou la surface cellulaire peuvent être quantifiées avec précision avec GraVis. "La quantification du nombre de lobes des cellules épidermiques avec GraVis surpasse les outils existants, montrant qu'il s'agit d'un outil puissant pour répondre à des questions particulières pertinentes à l'analyse de forme, " dit 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.

Dans le futur, 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. Finalement, l'application de GraVis aidera à mieux comprendre l'interrelation entre les cellules et les formes d'organes dans la nature.