Gravitatea afectează potențial toate procesele biologice de pe Pământ, chiar dacă acest lucru poate fi greu de crezut în timp ce privim muștele care se plimbă pe tavanele noastre, de parcă gravitația nu le-ar fi importat deloc. Desigur, gravitația este doar un factor, iar alți factori, cum ar fi aderența sau flotabilitatea, determină dacă un organism cade din tavan, să zicem sau cât durează un organism pentru a se așeza la pământ.
Știm de multă vreme că oamenii sunt răniți de perioade lungi în medii cu gravitație scăzută. Astronauții se întorc din spațiu cu atrofie musculară și masă osoasă redusă. Aceste efecte par să se înrăutățească în timp, astfel încât înțelegerea efectelor gravitației asupra fiziologiei umane este esențială atunci când planificăm zboruri spațiale pe distanțe lungi. Studierea efectelor gravitației scăzute în navele spațiale și în stațiile spațiale este costisitoare. Oricine a petrecut timp lucrând într-un laborator știe că multe experimente trebuie refăcute de nenumărate ori doar pentru ca procedurile să funcționeze corect. Dacă un pas cheie în realizarea unui experiment, să spunem, răspunsul celulelor la lipsa de gravitate, este „împușcați experimentul în spațiu și păstrați-l acolo timp de două luni”, atunci va dura foarte mult timp și mulți bani pentru a obține rezultate, este posibil să fie nevoie de sensul biologiei cu gravitație scăzută. Prin urmare, ar fi frumos să avem o mașină anti-gravitație în laboratoarele noastre legate de Pământ pentru a rula experimente fără constrângerile de costuri și de programare impuse de zborul spațial.
Există o modalitate de a simula greutatea la scară mică în laborator. O echipă de cercetători din mai multe instituții europene au folosit magnetismul pentru a compensa efectele gravitației la nivel celular. Metoda se numește levitație diamagnetică. (O altă metodă de simulare a anti-gravitației utilizează o „Mașină de poziționare aleatorie” (RPM).) Unele materiale - materiale diamagnetice - sunt respinse de un câmp magnetic. Apa și majoritatea țesuturilor biologice intră în această categorie. Un câmp magnetic foarte puternic poate fi aplicat pe aceste țesuturi pentru a compensa efectele gravitației, astfel încât moleculele care se mișcă și își fac lucrurile în interiorul celulelor fac acest lucru ca și cum nu ar exista o gravitație care să acționeze asupra lor. Conform unui studiu recent, se pare că expresia genelor este afectată de gravitate. (Lucrarea este publicată în BMC Genomics și este disponibilă aici.)
Magnetul folosit în acest experiment produce un câmp cu o forță de 11, 5 Tesla (T). Câmpul magnetic al Pământului este egal cu aproximativ 31 micro Teslas. Magnetul care ține lista de cumpărături la frigiderul dvs. este de aproximativ .005 Tesla, magneții dintr-un difuzor au aproximativ 1 până la 2 Teslas în forță, iar forța magnetică a unui RMN sau a unui dispozitiv similar, pentru imagistică medicală, este de obicei de aproximativ 3 Teslas sau Mai puțin. Dacă ar fi să atașați un magnet de 11, 5 Teslas la frigiderul dvs., nu l-ați putea scoate.
În acest experiment, magnetul a fost folosit pentru a „levita” muștele fructelor timp de 22 de zile, pe măsură ce s-au dezvoltat de la embrioni la larve până la pupae și, eventual, la adulți. Muștele au fost menținute la o anumită distanță deasupra magnetului, unde efectul repulsiv net al magnetului asupra apei și a altor molecule a fost egal și opus efectelor gravitației. Alte muste au fost plasate sub magnet la aceeași distanță, unde au experimentat echivalentul dublei gravitației Pământului.
Studiul a examinat modul în care expresia genelor a diferit în funcție de câmpul gravitațional simulat, precum și într-un câmp magnetic puternic care nu a simulat o schimbare a gravitației. Dublarea gravitației Pământului a schimbat expresia a 44 de gene și anularea gravitației a modificat expresia a peste 200 de gene. Doar sub 500 de gene au fost afectate doar de câmpul magnetic, expresia genelor fiind fie crescută, fie diminuată. Cercetătorii au fost capabili să scadă efectele magnetismului din efectele gravitației crescute sau scăzute și astfel să izoleze genele care păreau a fi cele mai sensibile la modificările gravitației. Potrivit cercetătorilor, „atât câmpul magnetic, cât și gravitatea modificată au avut un efect asupra reglării genelor pentru muște. Rezultatele acestui lucru pot fi observate în comportamentul la muscă și în rate de reproducere reușite. Numai câmpul magnetic a reușit să perturbe cu 60% numărul de muște adulte dintr-un lot de ouă. Cu toate acestea, efortul concertat de gravitație alterată și magnet a avut un efect mult mai izbitor, reducând viabilitatea oului la mai puțin de 5%. "
Cele mai afectate gene au fost cele implicate în metabolism, răspunsul sistemului imunitar la ciuperci și bacterii, gene cu răspuns la căldură și gene de semnalizare a celulelor. Acest lucru indică faptul că efectele gravitației asupra procesului de dezvoltare la animale sunt profunde.
Rezultatul cel mai important al acestei cercetări este probabil dovada conceptului: demonstrează că această tehnică poate fi folosită pentru a studia efectele gravitației scăzute asupra proceselor biologice. Ne putem aștepta la rezultate mai rafinate care ne informează despre procese specifice care sunt modificate de gravitație și, eventual, să dezvoltăm modalități de compensare a acestor efecte pentru om sau alte organisme în zborul spațial pe distanțe lungi. În cele din urmă, este posibil să putem trimite o zboară de fructe pe Marte și să o returăm în siguranță.
Herranz, R., Larkin, O., Dijkstra, C., Hill, R., Anthony, P., Davey, M., Eaves, L., van Loon, J., Medina, F., & Marco, R . (2012). Simulare de microgravitate prin levitație diamagnetică: efectele unui câmp magnetic cu gradient puternic asupra profilului transcripțional al Drosophila melanogaster BMC Genomics, 13 (1) DOI: 10.1186 / 1471-2164-13-52
