Η βαρύτητα μπορεί να επηρεάσει όλες τις βιολογικές διεργασίες στη Γη, παρόλο που αυτό μπορεί να είναι δύσκολο να πιστέψουμε, ενώ παρακολουθούμε μύγες περπατώντας στα ανώτατα όρια, σαν να μην είχε σημασία η βαρύτητα. Φυσικά, η βαρύτητα είναι μόνο ένας παράγοντας και άλλοι παράγοντες, όπως η πρόσφυση ή η πλευστότητα, καθορίζουν αν ο οργανισμός πέφτει από το ανώτατο όριο, για παράδειγμα, ή πόσο καιρό χρειάζεται ο οργανισμός να εγκατασταθεί στο έδαφος.
Γνωρίζουμε εδώ και πολύ καιρό ότι οι άνθρωποι πλήττονται από μεγάλες περιόδους σε περιβάλλοντα χαμηλής βαρύτητας. Οι αστροναύτες επιστρέφουν από το διάστημα με μυϊκή ατροφία και μειωμένη οστική μάζα. Αυτές οι επιδράσεις φαίνεται να επιδεινώνονται με την πάροδο του χρόνου, οπότε η κατανόηση των επιπτώσεων της βαρύτητας στην ανθρώπινη φυσιολογία είναι απαραίτητη κατά τον σχεδιασμό πτήσεων μεγάλων αποστάσεων. Η μελέτη των επιπτώσεων της χαμηλής βαρύτητας στα διαστημικά σκάφη και στους διαστημικούς σταθμούς είναι δαπανηρή. Όποιος έχει περάσει χρόνο στο εργαστήριο γνωρίζει ότι πολλά πειράματα πρέπει να επαναληφθούν πολλές φορές μόνο για να λειτουργήσουν σωστά οι διαδικασίες. Εάν ένα βήμα-κλειδί στην πραγματοποίηση ενός πειράματος, για παράδειγμα, της αντίδρασης των κυττάρων στην έλλειψη βαρύτητας, είναι "να πυροβολήσει το πείραμα στο διάστημα και να το κρατήσει εκεί για δύο μήνες" τότε θα χρειαστεί πολύς χρόνος και πολλά χρήματα για να πάρει αποτελέσματα μπορεί κάποιος να χρειαστεί να κατανοήσει τη βιολογία χαμηλής βαρύτητας. Επομένως, θα ήταν ωραίο να έχουμε μια μηχανή αντιβαρύτητας στα εργαστήριά μας που συνδέονται με τη Γη για να τρέξει πειράματα χωρίς το κόστος και τον προγραμματισμό των περιορισμών που επιβάλλονται από την διαστημική πτήση.
Υπάρχει ένας τρόπος να προσομοιωθεί η έλλειψη βαρύτητας σε μικρή κλίμακα στο εργαστήριο. Μια ομάδα ερευνητών από διάφορα ευρωπαϊκά ιδρύματα έχουν χρησιμοποιήσει μαγνητισμό για να αντισταθμίσουν τις επιδράσεις της βαρύτητας σε κυτταρικό επίπεδο. Η μέθοδος ονομάζεται διαμαγνητική διεύρυνση. (Μια άλλη μέθοδος για την προσομοίωση αντιβαρύτητας χρησιμοποιεί μια "Μηχανή Τυχαίας Τοποθέτησης" (RPM).) Ορισμένα υλικά - διαμαγνητικά υλικά - απωθούνται από ένα μαγνητικό πεδίο. Το νερό και οι περισσότεροι βιολογικοί ιστοί εμπίπτουν σε αυτήν την κατηγορία. Ένα πολύ ισχυρό μαγνητικό πεδίο μπορεί να εφαρμοστεί σε αυτούς τους ιστούς για να αντισταθμίσει τις επιδράσεις της βαρύτητας, έτσι ώστε τα μόρια που κινούνται και κάνουν το πράγμα τους μέσα στα κύτταρα κάνουν έτσι σαν να μην υπήρχε καμία βαρύτητα που να τους επενεργεί. Σύμφωνα με πρόσφατη μελέτη, φαίνεται ότι η γονιδιακή έκφραση επηρεάζεται από τη βαρύτητα. (Το έγγραφο δημοσιεύεται στο BMC Genomics και είναι διαθέσιμο εδώ).
Ο μαγνήτης που χρησιμοποιείται σε αυτό το πείραμα παράγει ένα πεδίο με δύναμη 11, 5 Tesla (T). Το μαγνητικό πεδίο της Γης είναι ίσο με περίπου 31 micro Teslas. Ο μαγνήτης που κρατά τον κατάλογο αγορών σας στο ψυγείο σας είναι περίπου .005 Tesla, οι μαγνήτες σε ένα μεγάφωνο είναι περίπου 1 έως 2 Teslas σε ισχύ και η μαγνητική δύναμη ενός MRI ή παρόμοιας συσκευής για ιατρική απεικόνιση είναι συνήθως περίπου 3 Teslas ή πιο λιγο. Αν επρόκειτο να συνδέσετε ένα μαγνήτη 11, 5 Teslas στο ψυγείο σας, δεν θα μπορούσατε να το απομακρύνετε.
Σε αυτό το πείραμα, ο μαγνήτης χρησιμοποιήθηκε για να "λεηλατήσει" τις μύγες των φρούτων για 22 ημέρες καθώς αναπτύχθηκαν από τα έμβρυα έως τις προνύμφες στα νεογνά και τελικά στους ενήλικες. Οι μύγες διατηρήθηκαν σε μια ορισμένη απόσταση πάνω από τον μαγνήτη όπου η καθαρή απωστική επίδραση του μαγνήτη στο νερό και σε άλλα μόρια ήταν ίση και αντίθετη από τις επιδράσεις της βαρύτητας. Άλλες μύγες τοποθετήθηκαν κάτω από τον μαγνήτη στην ίδια απόσταση, όπου βίωσαν το ισοδύναμο της διπλάσιας βαρύτητας της Γης.
Η μελέτη εξέτασε τον τρόπο με τον οποίο η έκφραση των γονιδίων διέφερε ανάλογα με το προσομοιωμένο βαρυτικό πεδίο καθώς και με ένα ισχυρό μαγνητικό πεδίο που δεν προσομοιώνει τη μεταβολή της βαρύτητας. Ο διπλασιασμός της βαρύτητας της Γης άλλαξε την έκφραση 44 γονιδίων και η ακύρωση της βαρύτητας άλλαξε την έκφραση περισσότερων από 200 γονιδίων. Ακριβώς κάτω από 500 γονίδια επηρεάστηκαν μόνο από το μαγνητικό πεδίο, με την έκφραση των γονιδίων είτε αυξημένων είτε μειωμένων. Οι ερευνητές μπόρεσαν να αφαιρέσουν τα αποτελέσματα του μαγνητισμού από τις επιδράσεις της αυξημένης ή μειωμένης βαρύτητας και έτσι να απομονώσουν τα γονίδια που φαίνεται να είναι πιο ευαίσθητα στις αλλαγές της βαρύτητας και μόνο. Σύμφωνα με τους ερευνητές, "Και το μαγνητικό πεδίο και η αλλοιωμένη βαρύτητα είχαν επίδραση στη ρύθμιση των γονιδίων για τις μύγες. Τα αποτελέσματα αυτού του γεγονότος μπορούν να παρατηρηθούν στη συμπεριφορά των μύλων και στους επιτυχείς ρυθμούς αναπαραγωγής. Το μαγνητικό πεδίο μόνο ήταν σε θέση να διαταράξει τον αριθμό των ενήλικων μύγες από μια παρτίδα αυγών κατά 60%. Ωστόσο, η συντονισμένη προσπάθεια αλλαγής βαρύτητας και του μαγνήτη είχε πολύ πιο εντυπωσιακό αποτέλεσμα, μειώνοντας τη βιωσιμότητα των αυγών σε λιγότερο από 5%. "
Τα περισσότερο προσβεβλημένα γονίδια ήταν αυτά που εμπλέκονται στο μεταβολισμό, η αντίδραση του ανοσοποιητικού συστήματος σε μύκητες και βακτήρια, γονίδια απόκρισης θερμότητας και γονίδια σηματοδότησης κυττάρων. Αυτό δείχνει ότι οι επιδράσεις της βαρύτητας στην αναπτυξιακή διαδικασία στα ζώα είναι βαθιά.
Το πιο σημαντικό αποτέλεσμα αυτής της έρευνας είναι ίσως η απόδειξη της έννοιας: καταδεικνύει ότι αυτή η τεχνική μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να μελετήσει τις επιπτώσεις της χαμηλής βαρύτητας στις βιολογικές διεργασίες. Μπορούμε να περιμένουμε πιο εκλεπτυσμένα αποτελέσματα που μας ενημερώνουν για συγκεκριμένες διαδικασίες που μεταβάλλονται από τη βαρύτητα και ενδεχομένως να αναπτύξουμε τρόπους αντιστάθμισης αυτών των επιπτώσεων για ανθρώπους ή άλλους οργανισμούς σε διαστημική πτήση μεγάλων αποστάσεων. Τελικά, ίσως είμαστε σε θέση να στείλουμε μια μύγα φρούτων στον Άρη και να την επιστρέψουμε με ασφάλεια.
Herranz, R., Larkin, Ο., Dijkstra, C., Hill, R., Anthony, Ρ., Davey, Μ., Eaves, L., van Loon, J. Medina F. & Marco R (2012). Μικροβαρυτική προσομοίωση με διαμαγνητική διεύρυνση: επιδράσεις ενός ισχυρού βαθμωτού μαγνητικού πεδίου στο μεταγραφικό προφίλ της Drosophila melanogaster BMC Genomics, 13 (1) DOI: 10.1186 / 1471-2164-13-52
