¿Qué es la morfogénesis? La morfogénesis examina el desarrollo de las formas de los organismos vivos.

También es un área de investigación para Lakshminarayanan Mahadevan, Profesor de Matemática Aplicada, Biología y Física Organísmica y Evolutiva en la Universidad de Harvard. Sobre su presentación en la serie Public Lectures Unveiling Math (PLUM) aquí en Duke, atribuyó los inicios de la morfogénesis a D'Arcy Wentworth Thompson, autor del libro On Growth and Form.

Matemáticamente, La morfogénesis se centra en cómo las diferentes tasas de crecimiento cambian las formas de los organismos a medida que se desarrollan. Numero de celular, tamaño de celda, forma de celda, y la posición celular comprenden los factores celulares primarios de la morfogénesis multicelular, que estudia estructuras más grandes que las células individuales y es el enfoque de Mahadevan.

Los efectos sobre los tejidos aparecen a través de cambios de tamaño, conectividades, y formas, alterando el fenotipo, o la apariencia física externa. Todas estas variables cambian en el espacio y el tiempo. El profesor Mahadevan presentó los estudios de morfogénesis que se han realizado en brotes de plantas, vísceras, y cerebros.

La investigación sobre brotes de plantas a menudo se concentra en la pregunta, "¿Por qué los brotes de plantas crecen en una variedad tan amplia de direcciones y qué determina sus formas?" La siguiente imagen muestra las diferentes posturas de los brotes de plantas, desde completamente rectos hasta inclinados y colgados.

¿Puede la morfogénesis dar sentido a estas diferencias? A través de modelos matemáticos, Se determinaron dos estímulos para la forma de los brotes:la gravedad y él mismo. Adicionalmente, La elasticidad en función del peso de los brotes juega un papel en los modelos matemáticos de las formas de los brotes de plantas que aparecen en el artículo de Mahadevan coescrito con un compañero profesor, Raghunath Chelakkot. Mahadevan también exploró la formación de formas de flores y hojas con estos estudios de morfogénesis.

Más de seis metros de tripas están enrolladas dentro de ti. Para encajar estos intestinos dentro de los mamíferos, deben enrollarse y enroscarse. Pero, ¿qué variables determinan cómo circulan estas agallas? Para descubrir la respuesta a esta pregunta, Mahadevan y otros investigadores examinaron embriones de pollo que aumentan la longitud de sus intestinos en un factor superior a veinte en un lapso de doce días. Pudieron crear un modelo físico usando un tubo de goma cosido a una sábana que seguía los mismos patrones que las tripas de los polluelos. A través de su observación no solo de polluelos sino también de codornices y ratones, Mahadevan determinó que la morfogénesis de los intestinos no depende de la genética ni de ningún otro factor microscópico.

El estudio de Mahadevan sobre cómo se pliega el cerebro se produce a través de imágenes de resonancia magnética del desarrollo fetal humano. Inicialmente, apenas existe plegamiento en los cerebros fetales, pero finalmente la geometría del entorno junto con el estrés local forma pliegues en el cerebro. Al crear una plantilla con gel y tratarla para imitar la relación entre la materia gris y la materia blanca del cerebro, Mahadevan junto con otros investigadores descubrieron que podían reproducir los pliegues del cerebro. Debido a que pudieron recrear los pliegues solo a través de la geometría global y la tensión local, concluyeron que la evolución de la morfogénesis no depende de factores microscópicos como la genética. Más lejos, examinando si las regiones de plegamiento se correlacionan con las regiones de actividad del cerebro, preguntas sobre el efecto de la forma física en las habilidades y las funciones internas del cerebro.