https://frosthead.com

Антигравитационная машина для левитации плодовых мушек

Гравитация потенциально влияет на все биологические процессы на Земле, хотя в это может быть трудно поверить, пока мы наблюдаем, как мухи ходят по нашим потолкам, как будто гравитация не имеет для них никакого значения. Конечно, гравитация является лишь одним фактором, и другие факторы, такие как адгезия или плавучесть, определяют, скажем, организм падает с потолка, скажем, или сколько времени требуется организму, чтобы осесть на землю.

Мы давно знаем, что люди страдают от длительных периодов в условиях низкой гравитации. Космонавты возвращаются из космоса с атрофией мышц и уменьшением костной массы. Эти эффекты со временем ухудшаются, поэтому понимание влияния гравитации на физиологию человека необходимо при планировании космических полетов на большие расстояния. Изучение эффектов низкой гравитации на космических кораблях и космических станциях стоит дорого. Любой, кто провел время, работая в лаборатории, знает, что многие эксперименты нужно повторять много раз, чтобы процедуры работали должным образом. Если ключевым шагом в проведении эксперимента, скажем, по реакции клетки на недостаток силы тяжести, является «запустить эксперимент в космос и продержать его там в течение двух месяцев», тогда это займет очень много времени и много денег. чтобы получить результаты, возможно, нужно разобраться в биологии низкой гравитации. Поэтому было бы неплохо иметь антигравитационную машину в наших земных лабораториях для проведения экспериментов без ограничений по стоимости и расписанию, накладываемых космическим полетом.

ResearchBlogging.org Есть способ симулировать невесомость в небольших масштабах в лаборатории. Команда исследователей из нескольких европейских институтов использовала магнетизм для компенсации влияния гравитации на клеточном уровне. Метод называется диамагнитной левитацией. (В другом методе моделирования антигравитации используется «машина случайного позиционирования» (RPM).) Некоторые материалы - диамагнитные материалы - отталкиваются магнитным полем. Вода и большинство биологических тканей попадают в эту категорию. Очень сильное магнитное поле может быть применено к этим тканям, чтобы компенсировать эффекты гравитации, поэтому молекулы, перемещающиеся и действующие внутри клеток, делают так, как будто на них не действует гравитация. Согласно недавнему исследованию, на экспрессию генов влияет гравитация. (Статья опубликована в BMC Genomics и доступна здесь.)

Магнит, использованный в этом эксперименте, создает поле с силой 11, 5 Тесла (Т). Магнитное поле Земли составляет около 31 микр Тесла. Магнит, удерживающий ваш список покупок в вашем холодильнике, составляет около 0, 005 Тесла, магниты в громкоговорителе - от 1 до 2 Тесла, а магнитная сила МРТ или подобного устройства для медицинской визуализации обычно составляет около 3 Тесла или Меньше. Если бы вы прикрепили магнит 11, 5 Тесла к вашему холодильнику, вы бы не смогли его оторвать.

В этом эксперименте магнит использовался для «левитации» плодовых мух в течение 22 дней, когда они развивались от эмбрионов к личинкам, куколкам и в конечном итоге к взрослым. Мухи держали на определенном расстоянии над магнитом, где суммарное отталкивающее воздействие магнита на воду и другие молекулы было равно или противоположно эффектам гравитации. Другие мухи были помещены ниже магнита на том же расстоянии, где они испытали эквивалент двойной гравитации Земли.

В исследовании изучалось, как экспрессия генов различалась в зависимости от моделируемого гравитационного поля, а также в сильном магнитном поле, которое не имитировало изменение гравитации. Удвоение гравитации Земли изменило экспрессию 44 генов, а подавление гравитации изменило экспрессию более 200 генов. Чуть менее 500 генов были затронуты только магнитным полем, при этом экспрессия генов увеличивалась или уменьшалась. Исследователи смогли вычесть эффекты магнетизма из эффектов увеличения или уменьшения силы тяжести и таким образом изолировать, какие гены, по-видимому, наиболее чувствительны к одним только изменениям гравитации. По словам исследователей, «как магнитное поле, так и измененная гравитация влияли на регуляцию генов мух. Результаты этого могут быть замечены в поведении мухи и в успешных темпах воспроизводства. Одно только магнитное поле могло разрушить число взрослых мух из партии яиц на 60%. Однако согласованные усилия измененной силы тяжести и магнита оказали гораздо более поразительный эффект, снизив жизнеспособность яйца до менее чем 5% ».

Наиболее затронутыми были гены, вовлеченные в метаболизм, реакцию иммунной системы на грибки и бактерии, гены тепловой реакции и гены клеточной сигнализации. Это указывает на то, что влияние гравитации на процесс развития у животных является глубоким.

Наиболее важным результатом этого исследования, вероятно, является подтверждение концепции: оно демонстрирует, что этот метод может быть использован для изучения влияния низкой гравитации на биологические процессы. Мы можем ожидать более точных результатов, которые сообщат нам о конкретных процессах, которые изменяются под действием силы тяжести, и, возможно, разработают способы компенсации этих эффектов для людей или других организмов в космическом полете на большие расстояния. В конце концов, мы сможем отправить плодовую мушку на Марс и безопасно вернуть ее.

Херранц Р., Ларкин О., Дейкстра С., Хилл Р., Энтони П., Дейви М., Ивз Л., Ван Лун, Дж. Медина Ф. и Марко Р. . (2012). Моделирование микрогравитации с помощью диамагнитной левитации: влияние сильного градиентного магнитного поля на транскрипционный профиль Drosophila melanogaster BMC Genomics, 13 (1) DOI: 10.1186 / 1471-2164-13-52

Антигравитационная машина для левитации плодовых мушек