Изображение плодовой мушки от пользователя Flickr * дугмино*
Гравитация потенциально влияет на все биологические процессы на Земле, хотя в это может быть трудно поверить, когда мы наблюдаем, как мухи разгуливают по нашим потолкам, как будто гравитация для них вообще не имеет значения. Конечно, гравитация — это только один фактор, и другие факторы, такие как сцепление или плавучесть, определяют, упадет ли организм с потолка, скажем, или сколько времени потребуется организму, чтобы опуститься на землю.
Мы уже давно знаем, что людям вредят длительные периоды в условиях низкой гравитации. Астронавты возвращаются из космоса с атрофией мышц и уменьшенной костной массой. Эти эффекты, похоже, со временем усиливаются, поэтому понимание влияния гравитации на физиологию человека имеет важное значение при планировании космических полетов на большие расстояния. Изучение эффектов низкой гравитации на космических кораблях и космических станциях обходится дорого. Любой, кто работал в лаборатории, знает, что многие эксперименты приходится многократно переделывать, чтобы заставить процедуры работать должным образом. Если ключевым шагом в проведении эксперимента, скажем, по реакции клеток на отсутствие гравитации, является «запустить эксперимент в космос и держать его там в течение двух месяцев», то потребуется очень много времени и много денег, чтобы получить результаты, которые могут потребоваться для понимания биологии с низкой гравитацией. Поэтому было бы неплохо иметь антигравитационную машину в наших лабораториях, связанных с Землей, для проведения экспериментов без затрат и ограничений по расписанию, налагаемых космическими полетами.
В лаборатории есть способ имитировать невесомость в небольших масштабах. Группа исследователей из нескольких европейских институтов использовала магнетизм, чтобы компенсировать влияние гравитации на клеточном уровне. Этот метод называется диамагнитной левитацией. (Другой метод моделирования антигравитации использует «Машину случайного позиционирования» (RPM).) Некоторые материалы — диамагнитные материалы — отталкиваются магнитным полем. Вода и большинство биологических тканей попадают в эту категорию. К этим тканям можно приложить очень мощное магнитное поле, чтобы компенсировать действие гравитации, поэтому молекулы, перемещающиеся и делающие свое дело внутри клеток, делают это так, как если бы на них не действовала гравитация. Согласно недавнему исследованию, похоже, что на экспрессию генов влияет гравитация. (Статья опубликована в BMC Genomics и доступна здесь.)
Магнит, используемый в этом эксперименте, создает поле с силой 11,5 Тесла (Т). Магнитное поле Земли равно примерно 31 микротесле. Магнит, прикрепляющий ваш список покупок к холодильнику, составляет около 0,005 Тесла, магниты в громкоговорителе имеют силу от 1 до 2 Тесла, а магнитная сила МРТ или аналогичного устройства для медицинской визуализации обычно составляет около 3 Тесла или меньше. Если бы вы прикрепили магнит размером 11,5 Тесла к своему холодильнику, вы бы не смогли его оторвать.
В этом эксперименте магнит использовался для «левитации» плодовых мух в течение 22 дней, пока они развивались от эмбрионов до личинок, куколок и, в конечном счете, до взрослых особей. Мух держали на определенном расстоянии над магнитом, где суммарный отталкивающий эффект магнита на воду и другие молекулы был равен и противоположен эффектам гравитации. Другие мухи были помещены под магнитом на том же расстоянии, где они испытали эквивалент двойной силы тяжести Земли.
В исследовании изучалось, как экспрессия генов различалась в зависимости от моделируемого гравитационного поля, а также в сильном магнитном поле, которое не имитировало изменение силы тяжести. Удвоение силы тяжести Земли изменило экспрессию 44 генов, а отмена силы тяжести изменила экспрессию более 200 генов. Только магнитное поле воздействовало на чуть менее 500 генов, при этом экспрессия генов либо увеличивалась, либо уменьшалась. Исследователи смогли вычесть эффекты магнетизма из эффектов повышенной или пониженной гравитации и, таким образом, выделить, какие гены, по-видимому, наиболее чувствительны только к изменениям гравитации. По словам исследователей, «как магнитное поле, так и измененная гравитация оказали влияние на генную регуляцию мух. Результаты этого можно увидеть в поведении мух и в показателях успешного размножения. Одно только магнитное поле смогло снизить количество взрослых мух из партии яиц на 60%. Однако согласованные усилия измененной гравитации и магнита оказали гораздо более поразительный эффект, снизив жизнеспособность яиц до менее чем 5%».
Наиболее пострадали гены, участвующие в обмене веществ, реакции иммунной системы на грибы и бактерии, гены тепловой реакции и гены, сигнализирующие клеткам. Это указывает на то, что влияние гравитации на процесс развития у животных является глубоким.
Наиболее важным результатом этого исследования, вероятно, является доказательство концепции: оно демонстрирует, что этот метод может быть использован для изучения влияния низкой гравитации на биологические процессы. Мы можем ожидать более точных результатов, которые информируют нас о конкретных процессах, изменяемых гравитацией, и, возможно, разработают способы компенсации этих последствий для людей или других организмов при дальних космических полетах. В конце концов, мы сможем отправить плодовую муху на Марс и благополучно вернуть ее.
Херранц, Р., Ларкин, О., Дейкстра, С., Хилл, Р., Энтони, П., Дейви, М., Карниз, Л., ван Лун, Дж., Медина, Ф., & Марко, Р. (2012). Моделирование микрогравитации с помощью диамагнитной левитации: влияние сильного градиентного магнитного поля на профиль транскрипции Drosophila melanogaster BMC Genomics, 13 (1) DOI: 10.1186/1471-2164-13-52
https://www.smithsonianmag.com/science-nature/anti-gravity-machine-for-levitating-fruit-flies-95018171/
Загрузка...
