В природе появилось много вещей, различающихся по размеру, цвету и, прежде всего, по форме. Хотя цвет или размер объекта можно легко описать, описание формы более сложное. В новом исследовании ученые из Института молекулярной физиологии растений им. Макса Планка изложили новый и улучшенный способ описания форм на основе сетевого представления, которое также можно использовать для повторной сборки и сравнения форм.
Жаклин Новак разработала новый подход, основанный на сетевом представлении формы, названном графом видимости, а также на инструменте для анализа форм, названном GraVis.
Граф видимости представляет форму объекта, которая определяется окружающим его контуром, а математическая структура, лежащая в основе GraVis, задается набором узлов, эквидистантно расположенных по контуру. Затем узлы соединяются друг с другом ребрами, которые не пересекаются и не совпадают с границей формы. В результате проверка связи между всеми парами узлов определяет граф видимости для анализируемой формы.
В этом исследовании Жаклин Новак использовала графы видимости и инструмент GraVis для сравнения различных форм. Чтобы проверить эффективность нового подхода, сравнивались графы видимости простых треугольных, прямоугольных и круглых форм, а также сложных форм песчинок, рыб и листьев.
Используя различные подходы к машинному обучению, исследователи продемонстрировали, что этот подход можно использовать для различения фигур в зависимости от их сложности. Кроме того, графы видимости позволяют различать сложность форм, как это было показано для клеток покровных тканей эпидермы у растений, которые имеют форму, подобную кусочкам мозаики (складным картинкам пазла). Для этих клеток различные параметры формы, такие как длина лепестка, ширина шейки или площадь клетки, могут быть точно определены количественно с помощью GraVis.
«Количественная оценка количества лепестков эпидермальных клеток с помощью GraVis превосходит существующие инструменты, показывая, что это мощный инструмент для решения конкретных вопросов, относящихся к анализу формы», - говорит Зоран Николоски, руководитель проекта GraVis, руководитель исследовательской группы «Системная биология и Математическое моделирование» в Институте молекулярной физиологии растений им. Макса Планка и профессора биоинформатики Потсдамского университета.
В будущем ученые хотят применить графы видимости эпидермальных клеток и целых листьев, чтобы получить биологическое представление о ключевых клеточных процессах, влияющих на форму. Кроме того, особенности формы различных растительных клеток, количественно оцененные с помощью GraVis, могут облегчить генетический скрининг для определения генетической основы морфогенеза. Наконец, применение GraVis поможет глубже понять взаимосвязь между клетками и формами органов в природе.
Исследование Жаклин Новак из Института молекулярной физиологии растений им. Макса Планка и ее коллег опубликовано в журнале Nature Communications.
На главном фото в этой статье - иллюстрация графов видимости для разных цветов. На контуре (зеленый цвет), узлы равномерно распределены и соединены ребрами, когда они не касаются и не пересекают контур.
Источник: Phys.org
