Die Schwerkraft beeinflusst möglicherweise alle biologischen Prozesse auf der Erde, auch wenn dies schwer zu glauben ist, während wir Fliegen beobachten, die auf unseren Decken herumlaufen, als ob die Schwerkraft für sie überhaupt keine Rolle spielt. Die Schwerkraft ist natürlich nur ein Faktor, und andere Faktoren wie Haftung oder Auftrieb bestimmen, ob ein Organismus beispielsweise von der Decke fällt oder wie lange es dauert, bis sich ein Organismus auf dem Boden niedergelassen hat.
Wir wissen seit langem, dass Menschen durch lange Zeiträume in schwerkraftarmen Umgebungen Schaden nehmen. Astronauten kehren mit Muskelschwund und verminderter Knochenmasse aus dem All zurück. Diese Effekte scheinen sich mit der Zeit zu verschlechtern. Daher ist es für die Planung von Langstreckenflügen im Weltraum unerlässlich, die Auswirkungen der Schwerkraft auf die menschliche Physiologie zu verstehen. Die Untersuchung der Auswirkungen der niedrigen Schwerkraft in Raumfahrzeugen und Raumstationen ist teuer. Jeder, der in einem Labor gearbeitet hat, weiß, dass viele Experimente mehrmals wiederholt werden müssen, damit die Verfahren ordnungsgemäß funktionieren. Wenn ein entscheidender Schritt bei der Durchführung eines Experiments, beispielsweise bei der Reaktion von Zellen auf Schwerkraftmangel, darin besteht, „das Experiment in den Weltraum zu schießen und dort zwei Monate lang aufzubewahren“, wird es sehr lange dauern und viel Geld kosten Um Ergebnisse zu erzielen, muss man möglicherweise einen Sinn für die Schwerelosigkeitsbiologie haben. Aus diesem Grund wäre es schön, eine Anti-Schwerkraft-Maschine in unseren erdgebundenen Labors zu haben, um Experimente ohne die durch die Raumfahrt auferlegten Kosten und zeitlichen Einschränkungen durchführen zu können.
Es gibt eine Möglichkeit, Schwerelosigkeit im kleinen Maßstab im Labor zu simulieren. Ein Forscherteam mehrerer europäischer Institutionen hat Magnetismus eingesetzt, um die Auswirkungen der Schwerkraft auf zellulärer Ebene auszugleichen. Die Methode nennt sich diamagnetische Levitation. (Bei einer anderen Methode zur Simulation der Schwerkraft wird eine "Zufallspositionierungsmaschine" (Random Positioning Machine, RPM) verwendet.) Einige Materialien - diamagnetische Materialien - werden durch ein Magnetfeld abgestoßen. Wasser und die meisten biologischen Gewebe fallen in diese Kategorie. Ein sehr starkes Magnetfeld kann an diese Gewebe angelegt werden, um die Auswirkungen der Schwerkraft auszugleichen. Moleküle, die sich in Zellen bewegen und ihr Ding tun, tun dies so, als ob keine Schwerkraft auf sie einwirkt. Einer kürzlich durchgeführten Studie zufolge scheint die Genexpression durch die Schwerkraft beeinflusst zu werden. (Das Papier wurde in BMC Genomics veröffentlicht und ist hier erhältlich.)
Der in diesem Experiment verwendete Magnet erzeugt ein Feld mit einer Kraft von 11, 5 Tesla (T). Das Erdmagnetfeld entspricht etwa 31 Mikroteslas. Der Magnet, der Ihre Einkaufsliste in Ihrem Kühlschrank aufbewahrt, hat eine Stärke von etwa 0, 005 Tesla, die Magnete in einem Lautsprecher haben eine Stärke von etwa 1 bis 2 Teslas und die Magnetkraft eines MRT-Geräts oder eines ähnlichen Geräts für die medizinische Bildgebung beträgt normalerweise etwa 3 Teslas oder weniger Weniger. Wenn Sie einen Magneten mit 11, 5 Teslas an Ihrem Kühlschrank anbringen würden, könnten Sie ihn nicht abhebeln.
In diesem Experiment wurde der Magnet verwendet, um Fruchtfliegen 22 Tage lang zu „schweben“, während sie sich von Embryonen über Larven zu Puppen und schließlich zu Erwachsenen entwickelten. Die Fliegen wurden in einem gewissen Abstand über dem Magneten gehalten, wobei die abstoßende Wirkung des Magneten auf das Wasser und andere Moleküle der Wirkung der Schwerkraft entsprach und dieser entgegengesetzt war. Andere Fliegen befanden sich im gleichen Abstand unter dem Magneten und erlebten dort das Äquivalent der doppelten Schwerkraft der Erde.
Die Studie untersuchte, wie sich die Expression von Genen in Abhängigkeit vom simulierten Gravitationsfeld sowie von einem starken Magnetfeld unterschied, das keine Änderung der Schwerkraft simulierte. Die Verdoppelung der Erdanziehungskraft veränderte die Expression von 44 Genen, und die Aufhebung der Erdanziehungskraft veränderte die Expression von mehr als 200 Genen. Nur knapp 500 Gene wurden durch das Magnetfeld beeinflusst, wobei die Expression der Gene entweder erhöht oder verringert wurde. Die Forscher konnten die Auswirkungen des Magnetismus von den Auswirkungen der erhöhten oder verringerten Schwerkraft subtrahieren und so isolieren, welche Gene allein für Schwerkraftänderungen am empfindlichsten zu sein schienen. Den Forschern zufolge „wirkten sich sowohl das Magnetfeld als auch die veränderte Schwerkraft auf die Genregulation der Fliegen aus. Die Ergebnisse sind im Flugverhalten und in erfolgreichen Reproduktionsraten zu sehen. Allein durch das Magnetfeld konnte die Anzahl der ausgewachsenen Fliegen einer Eiercharge um 60% gestört werden. Das gemeinsame Bemühen um eine Veränderung der Schwerkraft und des Magneten wirkte sich jedoch viel deutlicher aus und verringerte die Lebensfähigkeit der Eier auf weniger als 5%. “
Die am stärksten betroffenen Gene waren diejenigen, die am Stoffwechsel beteiligt waren, die Reaktion des Immunsystems auf Pilze und Bakterien, die Gene für die Hitzereaktion und die Zellsignal-Gene. Dies weist darauf hin, dass die Auswirkungen der Schwerkraft auf den Entwicklungsprozess bei Tieren tiefgreifend sind.
Das wichtigste Ergebnis dieser Forschung ist wahrscheinlich der Proof of Concept: Es zeigt, dass mit dieser Technik die Auswirkungen der niedrigen Schwerkraft auf biologische Prozesse untersucht werden können. Wir können genauere Ergebnisse erwarten, die uns über bestimmte Prozesse informieren, die durch die Schwerkraft verändert werden, und möglicherweise Möglichkeiten entwickeln, diese Auswirkungen auf den Langstrecken-Weltraumflug für Menschen oder andere Organismen auszugleichen. Möglicherweise können wir eine Fruchtfliege zum Mars schicken und sicher zurückschicken.
Herranz, R., Larkin, O., Dijkstra, C., Hill, R., Anthony, P., Davey, M., Eaves, L., van Loon, J., Medina, F., & Marco, R (2012). Mikrogravitationssimulation durch diamagnetische Levitation: Auswirkungen eines starken Gradientenmagnetfeldes auf das Transkriptionsprofil von Drosophila melanogaster BMC Genomics, 13 (1) DOI: 10.1186 / 1471-2164-13-52
