Gravitationsbiologi
Gravitationsbiologi är studiet av gravitationens effekter på levande organismer . Genom jordens historia har livet utvecklats för att överleva förändrade förhållanden, såsom förändringar i klimatet och livsmiljön . Men en konstant faktor i evolutionen sedan livet först började på jorden är tyngdkraften . Som en konsekvens är alla biologiska processer vana vid den ständigt närvarande tyngdkraften och även små variationer i denna kraft kan ha betydande inverkan på hälsan och funktionen och organismens system.
Gravitation och liv på jorden
Tyngdkraften på jordens yta, normalt betecknad g , har förblivit konstant i både riktning och storlek sedan planetens bildande. [ citat behövs ] Som ett resultat har både växt- och djurliv utvecklats för att förlita sig på och klara av det på olika sätt.
Växts användning av gravitation
Växttropismer är riktade rörelser av en växt i förhållande till en riktad stimulans . En sådan tropism är gravitropism , eller tillväxt eller rörelse av en växt med hänsyn till gravitationen. Växtrötter växer mot tyngdkraften och bort från solljus, och skott och stjälkar växer mot tyngdkraften och mot solljus.
Djur kämpar med gravitationen
Tyngdkraften har haft en effekt på utvecklingen av djurlivet sedan den första encelliga organismen . Storleken på enstaka biologiska celler är omvänt proportionell mot styrkan hos gravitationsfältet som utövas på cellen. Det vill säga, i starkare gravitationsfält minskar storleken på celler, och i svagare gravitationsfält ökar storleken på celler. Tyngdkraften är alltså en begränsande faktor i tillväxten av enskilda celler.
Celler som var naturligt större än den storlek som enbart gravitationen skulle tillåta var tvungna att utveckla medel för att skydda mot intern sedimentation. Flera av dessa metoder är baserade på protoplasmatisk rörelse, tunn och långsträckt form av cellkroppen, ökad cytoplasmatisk viskositet och ett reducerat spektrum av specifik vikt hos cellkomponenter i förhållande till markplasman.
Tyngdkraftens effekter på mångcelliga organismer är betydligt mer drastiska. Under den period då djur först utvecklades för att överleva på land skulle någon metod för riktad förflyttning och därmed en form av inre skelett eller yttre skelett ha krävts för att klara av ökningen av tyngdkraften på grund av den försvagade uppåtgående flytkraften . Före denna tidpunkt var de flesta livsformer små och hade ett mask- eller manetliknande utseende, och utan detta evolutionära steg skulle de inte ha kunnat behålla sin form eller röra sig på land.
I större terrestra ryggradsdjur påverkar gravitationskrafter muskuloskeletala system , vätskefördelning och cirkulationens hydrodynamik .
Gravitationen och livet på andra håll
Varje dag kommer förverkligandet av rymdbebyggelse närmare, och även idag finns rymdstationer och är hem för långvariga, men ännu inte permanenta, invånare. På grund av detta finns det ett växande vetenskapligt intresse för hur förändringar i gravitationsfältet påverkar olika aspekter av fysiologin hos levande organismer, särskilt däggdjur , eftersom dessa resultat normalt kan vara nära relaterade till de förväntade effekterna på människor. All aktuell forskning inom detta område kan delas in i två grupper.
Den första gruppen består av experiment som involverar gravitationsfält på mindre än ett g , kallat hypogravitation , utan artificiell gravitation , eller mikrogravitation . En rymdstation eller en rymdfarkost i en rymdfärd kommer att vara i hypogravitation. Därför är förståelse för effekterna av hypogravitation på människokroppen nödvändig för långvarig rymdfärd och kolonisering.
Den andra gruppen består av de som involverar gravitationsfält på mer än ett g , benämnd hypergravitation . Under korta perioder under start och landning av rymdfarkoster astronauter under påverkan av hypergravitation. Att förstå effekterna av hypergravitation är också nödvändigt om kolonisering av planeter större än jorden någonsin ska äga rum.
Senaste experiment
Nyligen genomförda experiment har visat att förändringar i metabolism , immuncellsfunktion , celldelning och cellvidhäftning alla sker i rymdens hypogravitation. Till exempel, efter några dagar i mikrogravitation (< 10-3 g ) , kunde humana immunceller inte differentiera till mogna celler. En av de stora konsekvenserna av detta är att om vissa celler inte kan differentiera sig i rymden, kanske organismer inte kan reproducera sig framgångsrikt efter exponering för noll gravitation.
Forskare tror att stressen i samband med rymdflygning är ansvarig för vissa cellers oförmåga att differentiera. Dessa påfrestningar kan förändra metaboliska aktiviteter och kan störa de kemiska processerna i levande organismer. Ett specifikt exempel skulle vara bencelltillväxt. Mikrogravitation hämmar utvecklingen av benceller. Benceller måste fästa sig vid något kort efter utvecklingen och kommer att dö om de inte kan. Utan den nedåtgående dragningen av en gravitationskraft på dessa benceller flyter de runt slumpmässigt och dör så småningom ut. Detta tyder på att tyngdkraftens riktning kan ge cellerna ledtrådar om var de ska fästa sig.