La gravità influenza potenzialmente tutti i processi biologici sulla Terra, anche se questo può essere difficile da credere mentre osserviamo le mosche che camminano sui nostri soffitti come se la gravità non avesse alcuna importanza per loro. Naturalmente, la gravità è solo un fattore e altri fattori come l'adesione o la galleggiabilità determinano se un organismo cade dal soffitto, diciamo, o quanto tempo impiega un organismo a stabilirsi a terra.
Sappiamo da molto tempo che gli umani sono danneggiati da lunghi periodi in ambienti a bassa gravità. Gli astronauti ritornano dallo spazio con atrofia muscolare e ridotta massa ossea. Questi effetti sembrano peggiorare nel tempo, quindi comprendere gli effetti della gravità sulla fisiologia umana è essenziale quando si pianificano voli spaziali a lunga distanza. Studiare gli effetti della bassa gravità nell'astronave e nelle stazioni spaziali è costoso. Chiunque abbia trascorso del tempo a lavorare in un laboratorio sa che molti esperimenti devono essere ripetuti numerose volte solo per far funzionare correttamente le procedure. Se un passo chiave nella realizzazione di un esperimento, diciamo, la risposta delle cellule alla mancanza di gravità, è "sparare all'esperimento nello spazio e tenerlo lì per due mesi", ci vorrà molto tempo e molti soldi per ottenere risultati potrebbe essere necessario dare un senso alla biologia a bassa gravità. Pertanto, sarebbe bello avere una macchina antigravità nei nostri laboratori terrestri per eseguire esperimenti senza i costi e i vincoli di pianificazione imposti dal volo spaziale.
C'è un modo per simulare l'assenza di gravità su piccola scala in laboratorio. Un team di ricercatori di diverse istituzioni europee ha utilizzato il magnetismo per compensare gli effetti della gravità a livello cellulare. Il metodo si chiama levitazione diamagnetica. (Un altro metodo per simulare l'antigravità utilizza una "Macchina di posizionamento casuale" (RPM).) Alcuni materiali - materiali diamagnetici - sono respinti da un campo magnetico. L'acqua e la maggior parte dei tessuti biologici rientrano in questa categoria. Un campo magnetico molto potente può essere applicato a questi tessuti per compensare gli effetti della gravità, quindi le molecole che si muovono e fanno le loro cose all'interno delle cellule lo fanno come se non vi fosse alcuna gravità. Secondo uno studio recente, sembra che l'espressione genica sia influenzata dalla gravità. (L'articolo è pubblicato in BMC Genomics ed è disponibile qui.)
Il magnete utilizzato in questo esperimento produce un campo con una forza di 11, 5 Tesla (T). Il campo magnetico terrestre è pari a circa 31 micro Teslas. Il magnete che tiene la tua lista della spesa sul tuo frigorifero è di circa 0, 005 Tesla, i magneti in un altoparlante hanno una forza di circa 1 a 2 Tesla e la forza magnetica di una risonanza magnetica o di un dispositivo simile, per l'imaging medico, è di solito di circa 3 Tesla o Di meno. Se dovessi collegare un magnete da 11, 5 Teslas al tuo frigorifero, non saresti in grado di staccarlo.
In questo esperimento, il magnete è stato usato per "levitare" i moscerini della frutta per 22 giorni mentre si sviluppavano dagli embrioni alle larve alle pupe e infine agli adulti. Le mosche sono state mantenute ad una certa distanza sopra il magnete dove l'effetto repulsivo netto del magnete sull'acqua e su altre molecole era uguale e opposto agli effetti della gravità. Altre mosche furono poste sotto il magnete alla stessa distanza, dove sperimentarono l'equivalente del doppio della gravità terrestre.
Lo studio ha esaminato in che modo l'espressione dei geni differiva in base al campo gravitazionale simulato e in un forte campo magnetico che non simulava un cambiamento di gravità. Il raddoppio della gravità terrestre ha cambiato l'espressione di 44 geni e l'annullamento della gravità ha alterato l'espressione di oltre 200 geni. Poco meno di 500 geni erano interessati dal solo campo magnetico, con l'espressione dei geni aumentata o diminuita. I ricercatori sono stati in grado di sottrarre gli effetti del magnetismo dagli effetti della gravità aumentata o ridotta e quindi isolare quali geni sembravano essere più sensibili ai soli cambiamenti di gravità. Secondo i ricercatori, “Sia il campo magnetico che la gravità alterata hanno avuto un effetto sulla regolazione genica delle mosche. I risultati di questo possono essere visti nel comportamento delle mosche e nei tassi di riproduzione di successo. Il solo campo magnetico è stato in grado di interrompere del 60% il numero di mosche adulte da una partita di uova. Tuttavia, lo sforzo concertato dell'alterazione della gravità e del magnete ha avuto un effetto molto più evidente, riducendo la vitalità dell'uovo a meno del 5% ".
I geni più colpiti erano quelli coinvolti nel metabolismo, nella risposta del sistema immunitario a funghi e batteri, geni di risposta al calore e geni di segnalazione cellulare. Ciò indica che gli effetti della gravità sul processo di sviluppo negli animali sono profondi.
Il risultato più importante di questa ricerca è probabilmente la prova del concetto: dimostra che questa tecnica può essere utilizzata per studiare gli effetti della bassa gravità sui processi biologici. Possiamo aspettarci risultati più raffinati che ci informano di processi specifici che sono alterati dalla gravità, e possibilmente sviluppare modi per compensare tali effetti per gli esseri umani o altri organismi sul volo spaziale a lunga distanza. Alla fine, potremmo essere in grado di inviare una mosca della frutta su Marte e restituirla in modo sicuro.
Herranz, R., Larkin, O., Dijkstra, C., Hill, R., Anthony, P., Davey, M., Eaves, L., van Loon, J., Medina, F., & Marco, R (2012). Simulazione di microgravità mediante levitazione diamagnetica: effetti di un forte campo magnetico gradiente sul profilo trascrizionale di Drosophila melanogaster BMC Genomics, 13 (1) DOI: 10.1186 / 1471-2164-13-52
