Una nova eina d’anàlisi matemàtica desenvolupada per investigadors del Grup de Biologia Teòrica de l’Institut Cavanilles de Biodiversitat i Biologia Evolutiva de la Universitat de València (UV) ha permés una compressió més profunda de l’anatomia del cap humà gràcies a la descripció d’una xarxa ampliada del crani estructurada en deu mòduls. Els resultats d’aquest estudi liderat per l’investigador Diego Rasskin Gutman es publiquen en l’últim número de la revista ‘Scientific Reports‘, editada per ‘Nature’.
Els científics de la UV han creat un marc de recerca basat en eines d’anàlisi matemàtica de xarxes per a l’estudi de l’anatomia, denominada Anatomical Network Analysis (AnNA). En concret, aquest mètode s’ha elaborat durant els últims sis anys, fruit dels resultats de la tesi doctoral de Borja Esteve Altava, sota la direcció de Rasskin.
Gràcies a l’alt poder d’abstracció d’AnNA, els investigadors han dut a terme nombrosos estudis tant de l’esquelet humà com de la resta dels vertebrats terrestres, en particular del desenvolupament i l’evolució del crani.
Incorporació de músculs i cartílags
En aquesta ocasió, el Grup de Biologia Teòrica va agregar a l’estudi del crani, per primera vegada, els músculs i els cartílags del cap al costat dels ossos (on s’incloïen els ossos de l’oïda interna, la mandíbula i aquells que connecten els músculs del cap, com són els de les vèrtebres cervicals i les clavícules).
D’aquesta manera, han trobat que, “en analitzar el cap com un sistema complex definit per 181 nodes -entre ossos, músculs i cartílags, on s’han exclòs els músculs superficials- i 412 contactes físics -sutures i unions musculars tendinoses-, el sistema se subdivideix en deu mòduls ben definits”, ha explicat Diego Rasskin.
Diego Rasskin. Foto: Universitat de valència.
Per a cada crani, explica Rasskin, “s’efectuava un model de xarxa on cada os es representava com el node de la xarxa i cada articulació física (contacte) com una connexió. Així, cada crani quedava modelitzat com una matriu de 0s i 1s, on cada connexió és un 1. A partir d’aquesta matriu s’analitzaven els atributs de la xarxa que podien comparar-se, al seu torn, amb altres propietats genèriques de les xarxes”.
Semi-independència evolutiva
Un dels resultats “rellevants” d’aquesta recerca és, a més, que les dependències funcionals i del desenvolupament del cap en el seu conjunt no poden separar-se, estan acoblades en aquests deu mòduls descrits pels científics de la Universitat de València. “Aquesta estructura modular permet la semi-independència evolutiva, és a dir, el canvi en un d’ells afecta en poca mesura els altres”, assevera Rasskin.
Gràcies a l’ús d’AnNA, que permet l’anàlisi d’ossos i músculs al mateix temps, s’han pogut dilucidar noves dependències cranials, en aquest cas funcionals, ja que els músculs -associats a moviments- posen en relació ossos separats. Per exemple, com apunta l’investigador, el mòdul mandíbula inferior/oïda interna captura dependències entre ossos associats per músculs que ajuden a la masticació i que d’una altra manera no s’associarien (mandíbula amb el parietal, temporal i occipital) a més d’ossos de l’oïda interna.
D’altra banda, els mòduls musculars “delaten la independència esquerra/dreta dels músculs ore-facials (boca i rostre) enfront del bloc de músculs superiors. Açò permet una major flexibilitat d’expressions facials en poder moure els músculs d’un costat i de l’altre per separat”, aclareix.
Diego Rasskin Gutman és investigador contractat de la Fundació General de la Universitat de València, on va arribar en 2006 per a crear el Grup de Biologia Teòrica en l’Institut Cavanilles gràcies al programa Ramón y Cajal. És professor del màster de Biologia Integrativa i de Sistemes de la Universitat de València i editor de Biological Theory. Els seus temes de recerca tracten de la dinàmica evolutiva, els processos de desenvolupament embrionari i la relació entre tots dos a través de conceptes formals i matemàtics que deriven de la ciència de la complexitat.
Rasskin és autor de Chess Metaphors. Artificial intelligence and the human mind, MIT Press (2009) i co-editor de Modularity. Understanding the Development and Evolution of Natural Complex Systems, amb pròleg de Herbert Simon, MIT Press (2005) i Pere Alberch. The creative trajectory of an evo-devo biologist, Universitat de València (2009).
