Гравитацията потенциално влияе на всички биологични процеси на Земята, въпреки че в това може да е трудно да се повярва, докато наблюдаваме как мухи се разхождат по нашите тавани, сякаш гравитацията изобщо не им е от значение. Разбира се, гравитацията е само един фактор и други фактори като сцепление или плавучест определят дали даден организъм падне от тавана, да речем, или колко време е необходимо на организма да се утаи до земята.
Отдавна знаем, че хората са увредени от дълги периоди в среда с ниска гравитация. Астронавтите се връщат от космоса с мускулна атрофия и намалена костна маса. Изглежда, че тези ефекти се влошават с течение на времето, така че разбирането на ефектите на гравитацията върху човешката физиология е от съществено значение при планирането на космически полети на дълги разстояния. Изучаването на ефектите от ниската гравитация в космическите кораби и космическите станции е скъпо. Всеки, който е прекарал време в лаборатория, знае, че много експерименти трябва да бъдат преработвани многократно, само за да накарат процедурите да работят правилно. Ако ключова стъпка в провеждането на експеримент върху, да речем, реакцията на клетките към липсата на гравитация е „застреляйте експеримента в космоса и го задържайте там два месеца“, тогава ще отнеме много време и много пари за да получите резултати, може би трябва да се осмисли биологията с ниска гравитация. Ето защо би било хубаво в нашите лаборатории, свързани със Земята, да има антигравитационна машина, която да провежда експерименти без разходи и ограничения за планиране, наложени от космическия полет.
Има начин да се симулира безтегловност в малък мащаб в лабораторията. Екип от изследователи от няколко европейски институции използваха магнетизъм, за да компенсират ефектите на гравитацията на клетъчно ниво. Методът се нарича диамагнитна левитация. (Друг метод за симулиране на гравитацията използва "машина за произволно позициониране" (RPM).) Някои материали - диамагнитни материали - се отблъскват от магнитно поле. Водата и повечето биологични тъкани попадат в тази категория. Върху тези тъкани може да се приложи много мощно магнитно поле за компенсиране на ефекта на гравитацията, така че молекулите, които се движат и правят своите неща вътре в клетките, правят така, сякаш няма гравитация, действаща върху тях. Според скорошно проучване изглежда, че генната експресия е повлияна от гравитацията. (Документът е публикуван в BMC Genomics и е достъпен тук.)
Използваният в този експеримент магнит създава поле със сила от 11, 5 Тесла (Т). Магнитното поле на Земята е равно на около 31 микро Тесла. Магнитът, който държи вашия списък за пазаруване до вашия хладилник, е около .005 Тесла, магнитите в високоговорителя са с мощност около 1 до 2 Тесла, а магнитната сила на ЯМР или подобно устройство, за медицински изображения, обикновено е около 3 Тесла или по-малко. Ако трябваше да прикачите магнит от 11, 5 Тесла към хладилника си, нямаше да можете да го извадите.
В този експеримент магнитът е използван за "левитация" на плодови мухи в продължение на 22 дни, докато те се развиват от ембриони до ларви до какавиди и в крайна сметка до възрастни. Мухите се държали на известно разстояние над магнита, където нетният отблъскващ ефект на магнита върху водата и другите молекули е бил равен и противоположен на ефектите на гравитацията. Други мухи били поставени под магнита на същото разстояние, където изпитали еквивалента на двойната земна гравитация.
Проучването разглежда как експресията на гените се различава в зависимост от симулираното гравитационно поле, както и от силно магнитно поле, което не симулира промяна в гравитацията. Удвояването на земната гравитация промени експресията на 44 гена и отмяната на гравитацията промени експресията на повече от 200 гена. Малко под 500 гена са засегнати само от магнитното поле, като експресията на гените е или увеличена, или намалена. Изследователите успяха да извадят ефекта от магнетизма от ефектите на увеличена или намалена гравитация и по този начин да изолират кои гени изглеждат най-чувствителни само към промените в гравитацията. Според изследователите „И магнитното поле, и изменената гравитация имат ефект върху регулацията на гените за мухите. Резултатите от това могат да се видят в поведението на мухите и в успешното възпроизводство. Само магнитното поле успя да наруши броя на възрастните мухи от партида яйца с 60%. Въпреки това съгласуваните усилия за изменение на гравитацията и магнита имат много по-поразителен ефект, намалявайки жизнеспособността на яйцата до по-малко от 5%. "
Най-засегнатите гени са тези, които участват в метаболизма, отговора на имунната система към гъбички и бактерии, гените на топлинен отговор и гените на клетъчната сигнализация. Това показва, че влиянието на гравитацията върху процеса на развитие при животни е дълбоко.
Най-важният резултат от това изследване вероятно е доказателството за концепцията: Той демонстрира, че тази техника може да се използва за изследване на ефектите на ниската гравитация върху биологичните процеси. Можем да очакваме по-усъвършенствани резултати, които ни информират за специфични процеси, които са изменени от гравитацията, и евентуално да развием начини за компенсиране на тези ефекти върху хората или други организми при полет на космически полет на големи разстояния. В крайна сметка може да успеем да изпратим плодова муха на Марс и да я върнем безопасно.
Herranz, R., Larkin, O., Dijkstra, C., Hill, R., Anthony, P., Davey, M., Eaves, L., van Loon, J., Medina, F., & Marco, R . (2012). Микрогравитационна симулация чрез диамагнитна левитация: ефекти на силно градиентно магнитно поле върху транскрипционния профил на Drosophila melanogaster BMC Genomics, 13 (1) DOI: 10.1186 / 1471-2164-13-52
