Tyngdekraften påvirker potensielt alle biologiske prosesser på jorden, selv om dette kan være vanskelig å tro mens vi ser fluer gå rundt i taket vårt som om tyngdekraften ikke betyr noe for dem i det hele tatt. Tyngdekraften er selvfølgelig bare en faktor, og andre faktorer som vedheft eller oppdrift avgjør om en organisme faller fra taket, for eksempel, eller hvor lang tid det tar en organisme å bosette seg i bakken.
Vi har visst lenge at mennesker blir skadet av lange perioder i miljøer med lav tyngdekraft. Astronauter kommer tilbake fra verdensrommet med muskelatrofi og redusert beinmasse. Disse effektene ser ut til å bli verre over tid, så det er viktig å forstå tyngdekraftenes påvirkning på menneskets fysiologi når du planlegger romfart over lang avstand. Å studere effektene av lav tyngdekraft i romfartøy og romstasjoner er kostbart. Alle som har brukt tid på å jobbe i et laboratorium vet at mange eksperimenter må gjøres om flere ganger bare for å få prosedyrene til å fungere ordentlig. Hvis et sentralt skritt i å utføre et eksperiment på, for eksempel, reaksjonen fra celler på mangel på tyngdekraft, er å "skyte eksperimentet ut i verdensrommet og holde det der i to måneder", vil det ta veldig lang tid og mye penger for å få resultater kan det hende at du trenger å gi mening om lavgravitasjonsbiologi. Derfor ville det være fint å ha en tyngdekraftsmaskin i våre jordbundne laboratorier for å utføre eksperimenter uten kostnads- og planleggingsbegrensninger som er lagt av romflukt.
Det er en måte å simulere vektløshet i liten skala på laboratoriet. Et team av forskere fra flere europeiske institusjoner har brukt magnetisme for å oppveie effekten av tyngdekraften på cellenivå. Metoden kalles diamagnetisk levitasjon. (En annen metode for simulering av tyngdekraften bruker en "Random Positioning Machine" (RPM).) Noen materialer - diamagnetiske materialer - blir frastøtt av et magnetfelt. Vann og mest biologisk vev faller i denne kategorien. Et veldig kraftig magnetfelt kan brukes på disse vevene for å oppveie effekten av tyngdekraften, slik at molekyler som beveger seg og gjør tingene sine inne i celler gjør det som om det ikke var noen tyngdekraft som virker på dem. I følge en fersk undersøkelse ser det ut til at genuttrykk påvirkes av tyngdekraften. (Oppgaven er publisert i BMC Genomics og er tilgjengelig her.)
Magneten som ble brukt i dette eksperimentet produserer et felt med en styrke på 11, 5 Tesla (T). Jordens magnetfelt er lik omtrent 31 mikro Teslas. Magneten som holder handlelisten din til kjøleskapet ditt er omtrent 0, 005 Tesla, magnetene i en høyttaler er omtrent 1 til 2 Teslas i styrke, og magnetkraften til en MR eller lignende enhet, for medisinsk avbildning, er vanligvis omtrent 3 Teslas eller mindre. Hvis du skulle feste en magnet på 11, 5 Teslas til kjøleskapet ditt, ville du ikke kunne lirke den av.
I dette eksperimentet ble magneten brukt til å "levite" fruktfluer i 22 dager da de utviklet seg fra embryoer til larver til pupper og etter hvert til voksne. Fluene ble holdt i en viss avstand over magneten der den netto frastøtende effekten av magneten på vannet og andre molekyler var lik og motsatt av virkningene av tyngdekraften. Andre fluer ble plassert under magneten på samme avstand, hvor de opplevde tilsvarer det dobbelte av jordens tyngdekraft.
Studien undersøkte hvordan uttrykket av gener var forskjellig avhengig av det simulerte gravitasjonsfeltet så vel som i et sterkt magnetfelt som ikke simulerte en endring i tyngdekraften. En dobling av jordens tyngdekraft endret uttrykket til 44 gener, og ved å avbryte tyngdekraften forandret uttrykket til mer enn 200 gener. I underkant av 500 gener ble påvirket av magnetfeltet alene, med uttrykk for at genene enten ble økt eller redusert. Forskerne var i stand til å trekke effekten av magnetisme fra effekten av økt eller redusert tyngdekraft og dermed isolere hvilke gener som syntes å være mest følsomme for endringer i tyngdekraften alene. I følge forskerne, “Både magnetfeltet og den endrede tyngdekraften hadde en effekt på genregulering for fluene. Resultatene av dette kan sees i flueadferd og i vellykkede reproduksjonshastigheter. Magnetfeltet alene klarte å forstyrre antall voksne fluer fra en gruppe egg med 60%. Imidlertid hadde den samordnede innsatsen med endret tyngdekraft og magneten en mye mer slående effekt, noe som reduserte eggets levedyktighet til under 5%. ”
De mest berørte genene var de som var involvert i metabolisme, immunsystemets respons på sopp og bakterier, varmesvargener og cellesignaliseringsgener. Dette indikerer at virkningene av tyngdekraften på utviklingsprosessen hos dyr er dyptgripende.
Det viktigste utfallet av denne forskningen er sannsynligvis bevisets begrep: Den viser at denne teknikken kan brukes til å studere effekten av lav tyngdekraft på biologiske prosesser. Vi kan forvente mer raffinerte resultater som informerer oss om spesifikke prosesser som er endret av tyngdekraften, og muligens utvikler måter å motvirke disse effektene for mennesker eller andre organismer på lang avstand romflukt. Etter hvert kan vi kanskje sende en fruktflue til Mars og returnere den trygt.
Herranz, R., Larkin, O., Dijkstra, C., Hill, R., Anthony, P., Davey, M., Eaves, L., van Loon, J., Medina, F., & Marco, R . (2012). Mikrogravitasjonssimulering ved diamagnetisk levitasjon: effekter av et sterkt gradientmagnetisk felt på transkripsjonsprofilen til Drosophila melanogaster BMC Genomics, 13 (1) DOI: 10.1186 / 1471-2164-13-52
