Morfologia Funcional

A morfologia funcional investiga o que uma estrutura faz e como funciona, interpretando a forma animal através da física da alimentação, movimento e outras tarefas, à luz da evolução.

Definition

Morfologia funcional é o estudo da relação entre a estrutura de um organismo ou de suas partes e as funções que essas estruturas desempenham, frequentemente analisada com os princípios da física e da engenharia e interpretada em um contexto evolutivo.

Scope

Este tópico abrange a análise de como as estruturas anatômicas desempenham suas tarefas, ligando a forma à função e ao ambiente físico. Ele trata da biomecânica da alimentação, locomoção, suporte e outras atividades, do conceito de que uma estrutura pode desempenhar várias funções ou ser um compromisso entre demandas concorrentes, e do uso de experimentos, modelagem e comparação para testar como o design se relaciona com o desempenho e, finalmente, com a aptidão.

Core questions

• Como uma dada estrutura anatômica desempenha sua função?
• Como as leis físicas restringem e moldam o design animal?
• Como as demandas funcionais concorrentes são resolvidas dentro de uma única estrutura?
• Como a ligação entre forma e desempenho se relaciona com a aptidão e a evolução?

Key theories

Ligação forma-função-desempenho

A morfologia funcional conecta a forma anatômica ao desempenho através da física de como as estruturas funcionam, e conecta o desempenho à aptidão, fornecendo uma cadeia de raciocínio que explica por que as estruturas assumem as formas que têm.

Mapeamento muitos-para-um e compromisso

Uma estrutura pode servir a várias funções e representar um compromisso entre demandas conflitantes, e diferentes designs podem alcançar o mesmo desempenho, de modo que a forma nem sempre pode ser deduzida de uma única função.

Mechanisms

Morfologistas funcionais tratam as estruturas anatômicas como máquinas biológicas sujeitas às leis físicas. Eles medem ou modelam como uma mandíbula transmite a força da mordida, como uma barbatana ou membro gera impulso, ou como um elemento esquelético resiste à flexão, usando mecânica, dinâmica de fluidos e ciência dos materiais. O desempenho é avaliado experimentalmente, através de imagens de alta velocidade, medição de força e modelos físicos ou computacionais, e as estruturas são comparadas entre espécies para relacionar as diferenças de design com as diferenças na ecologia. Como uma estrutura frequentemente deve realizar vários trabalhos e é restringida pela ancestralidade e desenvolvimento, sua forma geralmente reflete um compromisso em vez de um ótimo para qualquer tarefa única, e o mesmo desempenho pode ser alcançado por mais de um design.

Clinical relevance

A morfologia funcional sustenta a biomecânica, a reconstrução do comportamento em animais extintos e a engenharia e robótica bioinspiradas que tomam emprestadas soluções do design animal; ela também enquadra como a anatomia é interpretada na fisiologia comparada. Este é um contexto educacional, não um conselho clínico.

History

O trabalho de D'Arcy Thompson, no início do século XX, sobre crescimento e forma, estabeleceu ligações explícitas entre a estrutura biológica e os princípios físicos e matemáticos. Biólogos de meados e final do século XX, como Karel Liem e Steven Vogel, desenvolveram a morfologia funcional e a biomecânica comparada em campos experimentais rigorosos, usando a física para explicar como as estruturas animais funcionam e como evoluem.

Key figures

• D'Arcy Wentworth Thompson
• Karel Liem
• Steven Vogel

Seminal works

• liem2001
• vogel2013

Frequently asked questions

O que é morfologia funcional?

É o estudo de como a forma das estruturas de um animal se relaciona com o que essas estruturas fazem, usando os princípios da física e da engenharia para entender como a anatomia realiza tarefas como alimentação e locomoção.

Uma estrutura pode ter mais de uma função?

Sim. Muitas estruturas anatômicas desempenham várias funções e representam um compromisso entre demandas concorrentes, de modo que sua forma reflete múltiplos papéis em vez de uma otimização perfeita para qualquer tarefa única.