La gravedad afecta potencialmente todos los procesos biológicos en la Tierra, aunque esto puede ser difícil de creer mientras observamos a las moscas caminando por nuestros techos como si la gravedad no les importara en absoluto. Por supuesto, la gravedad es solo un factor, y otros factores como la adhesión o la flotabilidad determinan si un organismo se cae del techo, por ejemplo, o cuánto tiempo tarda un organismo en asentarse en el suelo.
Hemos sabido durante mucho tiempo que los humanos se ven perjudicados por largos períodos en entornos de baja gravedad. Los astronautas regresan del espacio con atrofia muscular y masa ósea reducida. Estos efectos parecen empeorar con el tiempo, por lo que comprender los efectos de la gravedad en la fisiología humana es esencial al planificar vuelos espaciales de larga distancia. Estudiar los efectos de la baja gravedad en naves espaciales y estaciones espaciales es costoso. Cualquiera que haya pasado tiempo trabajando en un laboratorio sabe que muchos experimentos tienen que rehacerse muchas veces solo para que los procedimientos funcionen correctamente. Si un paso clave para llevar a cabo un experimento sobre, digamos, la respuesta de las células a la falta de gravedad, es "disparar el experimento al espacio y mantenerlo allí durante dos meses", entonces tomará mucho tiempo y mucho dinero para obtener resultados, uno podría tener que entender la biología de baja gravedad. Por lo tanto, sería bueno tener una máquina antigravedad en nuestros laboratorios con destino a la Tierra para realizar experimentos sin el costo y las restricciones de programación impuestas por los vuelos espaciales.
Hay una manera de simular la ingravidez a pequeña escala en el laboratorio. Un equipo de investigadores de varias instituciones europeas ha utilizado el magnetismo para compensar los efectos de la gravedad a nivel celular. El método se llama levitación diamagnética. (Otro método para simular la antigravedad utiliza una "máquina de posicionamiento aleatorio" (RPM)). Algunos materiales, materiales diamagnéticos, son repelidos por un campo magnético. El agua y la mayoría de los tejidos biológicos entran en esta categoría. Se puede aplicar un campo magnético muy poderoso a estos tejidos para compensar los efectos de la gravedad, por lo que las moléculas que se mueven y hacen lo suyo dentro de las células lo hacen como si no hubiera gravedad actuando sobre ellas. Según un estudio reciente, parece que la expresión génica se ve afectada por la gravedad. (El artículo se publica en BMC Genomics y está disponible aquí).
El imán utilizado en este experimento produce un campo con una fuerza de 11.5 Tesla (T). El campo magnético de la Tierra es igual a aproximadamente 31 micro Teslas. El imán que sostiene su lista de compras en su refrigerador es de aproximadamente .005 Tesla, los imanes en un altavoz tienen una potencia de aproximadamente 1 a 2 Teslas, y la fuerza magnética de una resonancia magnética o dispositivo similar, para imágenes médicas, generalmente es de aproximadamente 3 Teslas o Menos. Si tuviera que colocar un imán de 11.5 Teslas en su refrigerador, no podría sacarlo.
En este experimento, el imán se usó para "levitar" las moscas de la fruta durante 22 días a medida que se desarrollaban desde embriones hasta larvas y pupas y, finalmente, hasta adultos. Las moscas se mantuvieron a una cierta distancia por encima del imán, donde el efecto repulsivo neto del imán sobre el agua y otras moléculas era igual y opuesto a los efectos de la gravedad. Se colocaron otras moscas debajo del imán a la misma distancia, donde experimentaron el equivalente al doble de la gravedad de la Tierra.
El estudio examinó cómo la expresión de los genes difería dependiendo del campo gravitacional simulado, así como en un campo magnético fuerte que no simulaba un cambio en la gravedad. Duplicar la gravedad de la Tierra cambió la expresión de 44 genes, y cancelar la gravedad alteró la expresión de más de 200 genes. Un poco menos de 500 genes se vieron afectados solo por el campo magnético, y la expresión de los genes aumentó o disminuyó. Los investigadores pudieron restar los efectos del magnetismo de los efectos del aumento o la disminución de la gravedad y, por lo tanto, aislar qué genes parecían ser más sensibles a los cambios en la gravedad solamente. Según los investigadores, "tanto el campo magnético como la gravedad alterada tuvieron un efecto en la regulación génica de las moscas". Los resultados de esto se pueden ver en el comportamiento de la mosca y en las tasas de reproducción exitosas. El campo magnético solo fue capaz de interrumpir la cantidad de moscas adultas de un lote de huevos en un 60%. Sin embargo, el esfuerzo concertado de la gravedad alterada y el imán tuvo un efecto mucho más sorprendente, reduciendo la viabilidad del huevo a menos del 5% ".
Los genes más afectados fueron los involucrados en el metabolismo, la respuesta del sistema inmune a hongos y bacterias, los genes de respuesta al calor y los genes de señalización celular. Esto indica que los efectos de la gravedad en el proceso de desarrollo en los animales son profundos.
El resultado más importante de esta investigación es probablemente la prueba de concepto: demuestra que esta técnica puede usarse para estudiar los efectos de la baja gravedad en los procesos biológicos. Podemos esperar resultados más refinados que nos informan sobre procesos específicos que están alterados por la gravedad, y posiblemente desarrollen formas de compensar esos efectos para los humanos u otros organismos en vuelos espaciales de larga distancia. Eventualmente, podremos enviar una mosca de la fruta a Marte y devolverla de manera segura.
Herranz, R., Larkin, O., Dijkstra, C., Hill, R., Anthony, P., Davey, M., Eaves, L., van Loon, J., Medina, F. y Marco, R . (2012). Simulación de microgravedad por levitación diamagnética: efectos de un fuerte campo magnético de gradiente en el perfil transcripcional de Drosophila melanogaster BMC Genomics, 13 (1) DOI: 10.1186 / 1471-2164-13-52
