În încheierea Originii speciilor (1859), Darwin sintetiza imensa diversitate a lumii vii printr-o expresie devenită celebră: „endless forms most beautiful and most wonderful”. La mai bine de o jumătate de secol după apariția Originii, biologul scoțian D’Arcy Thompson nu era mulțumit de modul în care erau studiate aceste „forme” ale lumii vii la care se referea Darwin. Apărută în 1917, On Growth and Form era încercarea lui D’Arcy Thompson de a le spune biologilor că pentru a înțelege formele din natură trebuie să se folosească de instrumente de gîndire pe care în mare măsură le ignoraseră pînă atunci: matematica (mai ales geometria) și fizica. În prefața cărții sale, Thompson scria că întreaga carte (care în edițiile curente are peste o mie de pagini) era de fapt o „prefață”. Thompson încerca să arate de ce matematica și fizica au un rost în studiul lumii vii și cum pot explica modul în care apar formele (numite și morfologii) din natură. El era fascinat de formele recurente din natură, cum ar fi spiralele cochiliilor unor animale marine, și voia să arate că acestea pot fi descrise matematic și explicate prin fenomene fizice, în analogie cu materia anorganică. Ce încerca Thompson să demonstreze era că formele din natură, cum ar fi hexagoanele dintr-un fagure de miere, au acea formă datorită unei necesități fizice. Însă influența sa provine mai degrabă din mesajul de ansamblu al cărții, acela de a le sugera biologilor că au de cîștigat dacă folosesc principii din matematică și fizică pentru a studia formele din natură. Astăzi, Thompson e citat cel mai adesea nu pentru demonstrațiile sale, ci ca „inspirație”, ca instigator al unor curente din cercetare. „Prefața” și-a atins, în mare măsură, scopul.
Ultimul capitol din On Growth and Form e probabil cel mai adesea citat în cercetarea de astăzi pentru că a pus bazele „morfometriei”, adică a plasării în spațiu geometric a formelor din natură pentru a stabili legături între ele. Thompson a arătat că poate folosi unele tipuri de transformări geometrice pentru a „transforma” forma unei specii în cea a unei alte specii apropiate. La începutul anilor 2000, morfometria a fost aplicată în cazul ciocurilor „cintezelor lui Darwin”, niște specii de păsări înrudite care se găsesc în Insulele Galapagos. Ciocurile cintezelor din Galapagos au o diversitate neobișnuită de forme care sînt corelate cu tipuri diferite de diete. De pildă, ciocul gros al Geospiza magnirostris îi permite să spargă semințe, pe cînd ciocul mai lung al cintezei de cactus Geospiza scandens poate fi înfipt în florile de cactus. Cercetătorii au arătat că ciocurile sînt variațiuni pe aceeași temă, regăsindu-se în cadrul unui spațiu morfometric bine definit. Cu alte cuvinte, deși ciocurile se pot schimba în urma unor adaptări la mediu, ele sînt constrînse de limitele acestui spațiu morfometric.
Există astăzi mai multe alte ramuri ale biologiei, precum mecanobiologia și biofizica, care deși nu au fost neapărat direct influențate de Thompson, au fost anticipate sau cel puțin se potrivesc cu dorința acestuia de a studia influența unor forțe fizice asupra dezvoltării și creșterii organismelor vii. De pildă, mecanobiologia studiază impactul factorilor precum rigiditatea țesuturilor asupra dezvoltării unui organism. Recent, cercetătorii au descoperit că în timpul dezvoltării broaștei africane Xenopus laevis, studiată ca organism-model în laborator, rigiditatea diferitelor zone din creier contribuie la ghidarea axonilor în procesul de pathfinding, cînd aceștia caută să stabilească conexiuni. Axonii, acele fibre care le permit neuronilor să comunice între ei, sînt ghidați nu doar de semnale chimice, ci și de aspecte mecanice ale țesutului. De pildă, unii axoni cresc către țesuturi mai „moi”, moliciune pe care o pot discerne la nivel molecular. Schimbările de direcție ale axonilor în funcție de rigiditatea suprafeței pot fi simulate in vitro, folosind diferite geluri ca suprafețe de creștere. Acest aspect mecanic nu explică în întregime orientarea axonilor în timpul creșterii, dar arată că și aceasta este o fațetă importantă în creșterea organismelor. Cercetările din mecanobiologie sugerează că dezvoltarea organismelor, dincolo de mecanismele genetice, e influențată inclusiv de aspecte fizice precum rigiditatea țesuturilor.
Pentru Thompson, factorii fizici erau cauza-cheie a formelor din natură, explicația principală de ce ele sînt așa cum sînt și nu altfel. Deși această idee indică doar una dintre cauzele formelor din natură, influența lui Thompson a rămas ca inspirație pentru a studia astfel de factori fizici și a folosi principii din matematică pentru a înțelege formele din natură. Acest îndemn al său a contribuit la lărgirea orizontului cercetătorilor, așa încît în cele din urmă am putea spune că On Growth and Form este o carte al cărei conținut s-a sublimat și a devenit „spirit” al cercetării.
Laura-Yvonne Gherghina este doctorandă la Departamentul de Fiziologie, Dezvoltare și Neuroștiințe al Universității din Cambridge.
Credit foto: Wikimedia Commons
