Painovoima vaikuttaa potentiaalisesti kaikkiin biologisiin prosesseihin maapallolla, vaikka tätä voi olla vaikea uskoa, kun katsomme kärpäsiä kävelemässä katollamme ikään kuin painovoimalla ei olisi heille mitään merkitystä. Tietenkin, painovoima on vain yksi tekijä, ja muut tekijät, kuten tarttuvuus tai kelluvuus, määräävät sen, putoaako jokin organismi katosta, esimerkiksi, tai kuinka kauan kestää organismin asettuminen maahan.
Olemme jo kauan tiedaneet, että pitkät ajanjaksot vahingoittavat ihmisiä matalapainoisissa ympäristöissä. Astronautit palaavat avaruudesta lihaksen surkastumisen ja vähentyneen luumassan kanssa. Nämä vaikutukset näyttävät pahenevan ajan myötä, joten painovoiman vaikutusten ymmärtäminen ihmisen fysiologiassa on välttämätöntä, kun suunnitellaan pitkän matkan avaruuslentoja. Matalan painovoiman vaikutusten tutkiminen avaruusaluksissa ja avaruusasemilla on kallista. Jokainen, joka on viettänyt aikaa laboratoriossa työskentelemällä, tietää, että monet kokeet on uusittava useita kertoja vain saadaksesi toimenpiteet toimimaan oikein. Jos avainvaihe kokeiden suorittamisessa, esimerkiksi solujen reagoinnissa painovoiman puutteeseen, on “ampua koe avaruuteen ja pidä sitä siellä kaksi kuukautta”, vie se erittäin kauan ja paljon rahaa tulosten saamiseksi joudutaan ehkä ymmärtämään matalapainoinen biologia. Siksi olisi kiva, jos maassa sijaitsevissa laboratorioissamme olisi antigravitaatiokone, joka suorittaisi kokeita ilman avaruuslennon aiheuttamia kustannuksia ja aikataulurajoituksia.
On tapa simuloida painottomuutta pienessä mittakaavassa laboratoriossa. Ryhmä tutkijoita useista eurooppalaisista instituutioista on käyttänyt magneettisuutta tasapainottaa painovoiman vaikutuksia solutasolla. Menetelmää kutsutaan diamagneettiseksi levitaatioksi. (Toinen menetelmä antigravitaation simuloimiseksi käyttää ”Random Positioning Machine” (RPM).) Jotkut materiaalit - diamagneettiset materiaalit - hylkivät magneettikentän. Vesi ja useimmat biologiset kudokset kuuluvat tähän luokkaan. Näihin kudoksiin voidaan kohdistaa erittäin voimakas magneettikenttä painovoiman vaikutusten kompensoimiseksi, joten molekyylit, jotka liikkuvat ja tekevät asiat solujen sisällä, tekevät niin kuin ikään kuin niitä ei vaikuttaisi painovoima. Tuoreen tutkimuksen mukaan vaikuttaa, että painovoima vaikuttaa geeniekspressioon. (Paperi on julkaistu lehdessä BMC Genomics ja se on saatavilla täältä.)
Tässä kokeessa käytetty magneetti tuottaa kentän voimalla 11, 5 Teslaa (T). Maan magneettikenttä on yhtä suuri kuin noin 31 mikroteslaa. Ostoslistasi jääkaapissa pitävä magneetti on noin 0, 005 Teslaa, kaiuttimen magneetit ovat vahvasti noin 1 - 2 Teslaa ja lääketieteellistä kuvaa varten tarkoitetun MRI: n tai vastaavan laitteen magneettinen voima on yleensä noin 3 Teslaa tai Vähemmän. Jos kiinnittäisit jääkaappiisi 11, 5 teslan magneettia, et pysty piiskaamaan sitä.
Tässä kokeessa magneettia käytettiin hedelmäkärpästen “levitaatioon” 22 vuorokauden ajan, kun ne kehittyivät alkioista toukkiksi papsiksi ja lopulta aikuisiksi. Kärpäsiä pidettiin tietyllä etäisyydellä magneetin yläpuolelta, missä magneettin nettohyökkäysvaikutus veteen ja muihin molekyyleihin oli yhtä suuri kuin painovoiman vaikutukset ja vastakkaiset. Muut kärpäset sijoitettiin magneetin alle samaan etäisyyteen, missä he kokivat ekvivalentin kaksinkertaisen maan painovoiman.
Tutkimuksessa tutkittiin, kuinka geenien ilmentyminen erottui riippuen simuloidusta painovoimakentästä sekä voimakkaasta magneettikentästä, joka ei simuloinut painovoiman muutosta. Maapallon painovoiman kaksinkertaistaminen muutti 44 geenin ilmentymistä ja painovoiman poistaminen muutti yli 200 geenin ilmentymistä. Pelkästään magneettikenttä vaikutti vajaat 500 geeniin geenien ilmentymisen ollessa joko lisääntynyt tai vähentynyt. Tutkijat pystyivät vähentämään magnetismin vaikutukset lisääntyneen tai vähentyneen painovoiman vaikutuksista ja siten eristämään, mitkä geenit näyttivät olevan herkeimmät pelkästään painovoiman muutoksille. Tutkijoiden mukaan ”Sekä magneettikentällä että muuttuneella painovoimalla oli vaikutus kärpästen geenisäätöön. Tämän tulokset näkyvät kärpäsenkäyttäytymisessä ja onnistuneissa lisääntymisasteissa. Pelkästään magneettikenttä pystyi häiritsemään aikuisten kärpästen määrää muna-erästä 60 prosentilla. Muutetun painovoiman ja magneetin yhteisellä pyrkimyksellä oli kuitenkin paljon silmiinpistävämpi vaikutus, vähentäen munan elinkykyisyyttä alle 5 prosenttiin. "
Eniten kärsineitä geenejä olivat ne, jotka osallistuivat aineenvaihduntaan, immuunijärjestelmän vasteeseen sienille ja bakteereille, lämpövastegeenit ja solusignaaligeenit. Tämä osoittaa, että painovoiman vaikutukset eläinten kehitysprosessiin ovat syvälliset.
Tämän tutkimuksen tärkein tulos on todennäköisesti konseptin todistus: Se osoittaa, että tätä tekniikkaa voidaan käyttää tutkimaan matalan painovoiman vaikutuksia biologisiin prosesseihin. Voimme odottaa tarkempia tuloksia, jotka antavat meille tietoja tietyistä prosesseista, joita painovoima muuttaa, ja mahdollisesti kehittää tapoja korvata nämä vaikutukset ihmisiin tai muihin organismeihin pitkän matkan avaruuslennolla. Lopulta voimme ehkä lähettää hedelmäkärpäsen Marsille ja palauttaa sen turvallisesti.
Herranz, R., Larkin, O., Dijkstra, C., Hill, R., Anthony, P., Davey, M., Eaves, L., van Loon, J., Medina, F., & Marco, R (2012). Mikrogravitaation simulointi diamagneettisella levitaatiolla: voimakkaan gradienttimagneettikentän vaikutukset Drosophila melanogaster BMC Genomicsin transkriptioprofiiliin, 13 (1) DOI: 10.1186 / 1471-2164-13-52
