重力は、地球上のすべての生物学的プロセスに影響を与える可能性があります。たとえ、重力がまったく問題ではないかのように天井を飛び回るハエを見ている間、これは信じがたいかもしれません。 もちろん、重力は1つの要因に過ぎず、付着や浮力などの他の要因は、生物が天井から落ちるかどうか、または生物が地面に落ち着くまでにかかる時間を決定します。
私たちは長い間、人間が低重力環境で長期間にわたって害を受けることを知っていました。 宇宙飛行士は筋肉の萎縮と骨量の減少により宇宙から戻ります。 これらの効果は時間の経過とともに悪化するように見えるため、長距離の宇宙飛行を計画する際には、人間の生理機能に対する重力の効果を理解することが不可欠です。 宇宙船や宇宙ステーションでの低重力の影響を研究するのは高価です。 実験室での作業に時間を費やした人は、手順を適切に機能させるためだけに多くの実験を何度もやり直す必要があることを知っています。 たとえば、重力の欠如に対する細胞の反応に関する実験を実行するための重要なステップが「実験を宇宙に打ち込み、2か月間保管する」ことである場合、非常に長い時間と多額の費用がかかります結果を得るには、低重力生物学を理解する必要があるかもしれません。 したがって、宇宙飛行によって課せられるコストとスケジューリングの制約なしに実験を実行するために、地球にバインドされた研究所に反重力マシンがあるとよいでしょう。
ラボでは小規模で無重力状態をシミュレートする方法があります。 ヨーロッパのいくつかの機関の研究者チームは、細胞レベルでの重力の影響を相殺するために磁気を使用しています。 この方法は反磁性浮上と呼ばれます。 （反重力をシミュレートする別の方法では、「ランダムポジショニングマシン」（RPM）を使用します。）一部の材料（反磁性材料）は、磁場によって反発されます。 水とほとんどの生体組織はこのカテゴリーに分類されます。 非常に強力な磁場をこれらの組織に適用して重力の影響を相殺できるため、分子が細胞内を動き回って動き、重力が作用していないかのように動きます。 最近の研究によると、遺伝子発現は重力の影響を受けているようです。 （この論文はBMC Genomicsで公開されており、こちらから入手できます。）
この実験で使用した磁石は、11.5テスラ（T）の力で磁場を生成します。 地球の磁場は約31マイクロテスラに相当します。 冷蔵庫に買い物リストを保持する磁石は約.005テスラであり、スピーカーの磁石は約1から2テスラの強さであり、MRIまたは同様のデバイスの医療画像用の磁力は通常約3テスラまたはもっと少なく。 11.5テスラの磁石を冷蔵庫に取り付けた場合、こじ開けることはできません。
この実験では、胚から幼虫、pup、そして最終的に成虫へと成長する22日間、磁石を使用してミバエを「浮揚」させました。 ハエは磁石の上の一定の距離に保たれ、水と他の分子に対する磁石の正味の反発効果は重力の効果と等しく、反対でした。 他のハエは同じ距離で磁石の下に置かれ、地球の重力の2倍に相当します。
この研究では、シミュレートされた重力場と、重力の変化をシミュレートしなかった強い磁場とで、遺伝子の発現がどのように異なるかを調べました。 地球の重力を倍にすると、44個の遺伝子の発現が変化し、重力を相殺すると200個を超える遺伝子の発現が変化しました。 500個弱の遺伝子が磁場のみの影響を受け、遺伝子の発現が増加または減少しました。 研究者は、重力の増加または減少の影響から磁気の影響を差し引くことができたため、重力の変化だけに最も敏感であると思われる遺伝子を分離することができました。 研究者によると、「磁場と重力の変化の両方が、ハエの遺伝子調節に影響を与えました。 この結果は、ハエの行動と成功した繁殖率で見ることができます。 磁場だけで、卵のバッチからの成虫のハエの数を60％混乱させることができました。 しかし、重力の変化と磁石の協調的な努力により、卵の生存率が5％未満に低下するという、より顕著な効果が得られました。」
最も影響を受けた遺伝子は、代謝、真菌および細菌に対する免疫系の応答、熱応答遺伝子および細胞シグナル伝達遺伝子に関与するものでした。 これは、動物の発達過程に対する重力の影響が大きいことを示しています。
この研究の最も重要な結果は、おそらく概念実証です。この手法は、低重力が生物学的プロセスに与える影響を研究するために使用できることを示しています。 重力によって変化する特定のプロセスを知らせるより洗練された結果が期待でき、長距離宇宙飛行での人間や他の生物に対するそれらの影響を相殺する方法を開発する可能性があります。 最終的には、火星にミバエを送り、安全に戻すことができるかもしれません。
Herranz、R.、Larkin、O.、Dijkstra、C.、Hill、R.、Anthony、P.、Davey、M.、Eaves、L.、van Loon、J.、Medina、F.、＆Marco、R （2012）。 反磁性浮上による微小重力シミュレーション：キイロショウジョウバエの転写プロファイルに対する強い勾配磁場の影響BMC Genomics、13（1）DOI：10.1186 / 1471-2164-13-52
