Gravitace potenciálně ovlivňuje všechny biologické procesy na Zemi, i když to může být těžké uvěřit, zatímco my sledujeme mouchy, jak chodí kolem našich stropů, jako by na nich gravitace vůbec nezáležela. Gravitace je samozřejmě pouze jeden faktor a další faktory, jako je přilnavost nebo vztlak, určují, zda organismus spadne ze stropu, řekněme, nebo jak dlouho trvá, než se organismus usadí na zemi.
Dlouho jsme věděli, že lidé jsou v prostředí s nízkou gravitací poškozeni dlouhými obdobími. Astronauti se vracejí z vesmíru se svalovou atrofií a sníženou hmotností kostí. Zdá se, že se tyto účinky v průběhu času zhoršují, takže při plánování kosmických letů na velké vzdálenosti je nezbytné porozumět účinkům gravitace na fyziologii člověka. Studium účinků nízké gravitace ve vesmírných plavidlech a vesmírných stanicích je drahé. Každý, kdo strávil čas prací v laboratoři, ví, že mnoho experimentů musí být mnohokrát předěláno, aby postupy fungovaly správně. Pokud klíčovým krokem při provádění experimentu, řekněme, reakce buněk na nedostatek gravitace, je „střílet experiment do vesmíru a udržet ho tam po dobu dvou měsíců“, bude to trvat velmi dlouho a spoustu peněz k dosažení výsledků je třeba pochopit biologii s nízkou gravitací. Proto by bylo hezké mít v našich laboratořích se Zemí antigravitační stroj, který by mohl provádět experimenty bez nákladů a časových rozvrhování způsobených vesmírným letem.
V laboratoři existuje způsob, jak simulovat beztíže v malém měřítku. Tým vědců z několika evropských institucí použil magnetismus k vyrovnání účinků gravitace na buněčné úrovni. Tato metoda se nazývá diamagnetická levitace. (Jiný způsob simulace antigravitace používá „Random Positioning Machine“ (RPM).) Některé materiály - diamagnetické materiály - jsou odpuzovány magnetickým polem. Do této kategorie spadá voda a většina biologických tkání. Na tyto tkáně lze aplikovat velmi silné magnetické pole, které vyrovnává účinky gravitace, takže molekuly pohybující se kolem a dělající svou věc uvnitř buněk tak dělají, jako by na ně nepůsobily žádné gravitace. Podle nedávné studie se zdá, že genová exprese je ovlivněna gravitací. (Příspěvek je publikován v BMC Genomics a je k dispozici zde.)
Magnet použitý v tomto experimentu vytváří pole se silou 11, 5 Tesla (T). Magnetické pole Země se rovná asi 31 mikro Teslas. Magnet, který drží váš nákupní seznam v lednici, je asi 0, 005 Tesla, magnety v reproduktoru mají sílu asi 1 až 2 Teslas a magnetická síla MRI nebo podobného zařízení pro lékařské zobrazování je obvykle asi 3 Teslas nebo méně. Pokud byste k lednici připevnili magnet 11, 5 Teslas, nemohli byste ho vypnout.
V tomto experimentu byl magnet používán k „levitaci“ ovocných mušek po dobu 22 dnů, protože se vyvíjely z embryí na larvy na kukly a nakonec na dospělé. Mouchy byly drženy v určité vzdálenosti nad magnetem, kde čistý odpudivý účinek magnetu na vodu a jiné molekuly byl stejný jako účinky gravitace a byly proti nim. Další mušky byly umístěny pod magnet ve stejné vzdálenosti, kde zažily ekvivalent dvojnásobku zemské gravitace.
Studie zkoumala, jak se exprese genů lišila v závislosti na simulovaném gravitačním poli a také na silném magnetickém poli, které neimulovalo změnu gravitace. Zdvojnásobení gravitace Země změnilo expresi 44 genů a zrušení gravitace změnilo expresi více než 200 genů. Téměř pod 500 genů bylo ovlivněno pouze magnetickým polem, přičemž exprese genů byla buď zvýšena nebo snížena. Vědci byli schopni odečíst účinky magnetismu od účinků zvýšené nebo snížené gravitace, a tak izolovat, které geny se zdály být nejcitlivější na změny gravitace samotné. Podle vědců „magnetické pole i změněná gravitace měly vliv na regulaci genu pro mouchy. Výsledky toho lze vidět v chování mušek a úspěšnosti reprodukce. Samotné magnetické pole dokázalo narušit počet dospělých mušek z šarže vajec o 60%. Společné úsilí o změnu gravitace a magnetu však mělo mnohem výraznější účinek, čímž se životaschopnost vajec snížila na méně než 5%. “
Nejvíce zasaženými geny byly geny zapojené do metabolismu, reakce imunitního systému na houby a bakterie, geny tepelné reakce a signalizační geny buněk. To ukazuje, že účinky gravitace na vývojový proces u zvířat jsou hluboké.
Nejdůležitějším výsledkem tohoto výzkumu je pravděpodobně důkaz koncepce: Ukazuje, že tuto techniku lze použít ke studiu účinků nízké gravitace na biologické procesy. Můžeme očekávat propracovanější výsledky, které nás informují o konkrétních procesech, které jsou pozměněny gravitací, a možná vyvinou způsoby, jak kompenzovat tyto účinky na člověka nebo jiné organismy při kosmickém letu na velké vzdálenosti. Nakonec bychom mohli poslat ovocnou mušku na Mars a vrátit ji bezpečně.
Herranz, R., Larkin, O., Dijkstra, C., Hill, R., Anthony, P., Davey, M., Eaves, L., van Loon, J., Medina, F., & Marco, R (2012). Simulace mikrogravitace pomocí diamagnetické levitace: účinky silného gradientu magnetického pole na transkripční profil Drosophila melanogaster BMC Genomics, 13 (1) DOI: 10.1186 / 1471-2164-13-52
