Что такое гравитационная биология?

Гравитационная биология — это научная дисциплина, изучающая влияние гравитации на живые организмы.

Эволюция и гравитация

Эволюционное развитие всех известных живых организмов на планете происходило в условиях постоянной борьбы с гравитацией, что привело к появлению особых компенсаторных механизмов (например развитие скелета у животных, а также механических тканей у растений), которые прекрасно выполняют свои функции в земных условиях. Примечательно, что из механических тканей растений изготавливают тросы (из кенафа), пеньку (из конопли) и ткань (из льна).

Если бы жизнь развивалась при отсутствии гравитации, то она кардинально отличалась от той, которую мы все знаем. На клеточном уровне цитоплазма не была бы такой вязкой, а цитоскелет (клеточный каркас клетки) не требовался бы вовсе. Так как именно цитоскелет поддерживает саму форму клетки.



Цитоскелет и размеры клетки

На изображении представлен цитоскелет эукариот. Актиновые микрофиламенты окрашены в красный, микротрубочки — в зелёный, ядра клеток выделены голубым цветом.

Оказывается, что в условиях гипергравитации размер клеток будет меньше, чем в условиях гравитационного поля Земли или любых других планет. В условиях невесомости клетки способны достигать более крупных размеров.

В условиях космического полета (микрогравитация) происходит незначительная задержка процессов деления и растяжения клеток. Возрастает число ошибок в процессе деления клетки.
В анафазе, предшествующей завершающей стадии цикла клеточного деления, возрастают случаи появления хромосомных перестроек (анафазных мостиков) и запаздывания подтягивания хромосом.

"Ошаривание" клеток

Результаты морфометрического анализа клеток указывают на изменения не только размеров, но и формы клеток в условиях космического полета. По этому поводу следует заметить, что округление ("ошаривание") клеток в условиях микрогравитации — явление довольно частое и происходит не только с растительными клетками, но и с одноклеточными организмами. Клетки принимают сферическую форму в условиях микрогравитации (невесомости) из-за ослабления или полной потери опорных функций. Цитоскелет перестаёт выполнять свою функцию. В определенной степени эти изменения также отнести за счет потери воды цитоплазмой клетки.

Гравитация, кости и деление

Микрогравитация препятствует развитию костных клеток. Костные клетки начинают отмирать, если они не связаны между собой или с внеклеточным матриксом. В невесомости на костные клетки оказывается меньше давления, поэтому они имеют меньше межклеточных контактов и чаще погибают. Кости в условиях невесомости быстро теряют кальций.

Мышечная ткань

Мышечная ткань в условиях космических полётов быстро теряет массу, и мышечные волокна теряют свою "форму".

Чистота эксперимента в космосе

До сих пор не доказано влияние, а точнее отсутствие влияния гравитации на обмен веществ, функции иммунных клеток, так как стресс испытываемый живым организмов в условиях невесомости может значительно влиять даже на клеточный метаболизм.

Хотя экспериментально доказано, что некоторые клетки не способны к делению в космосе.

Куда расти?

Растения способны "чувствовать" гравитацию. Они способны к этому за счет  особой секреции гормонов. Одними из таких гормонов являются ауксины, которые обеспечивают рост и удлинение клеток корня. Ауксины синтезируются наземной части растения, откуда они мигрируют вниз к корням, накапливаются под действием гравитации и стимулируют рост клеток корня. Гормоны также ответственны за рост побегов растений в противоположном направлении по отношению к гравитации и корням.

Выращивание растений в космосе показало странные ответы на эффекты невесомости. В корнях ряда растительных клеток наблюдались изменения в хромосомах растительных образцов. Примечательно, что у некоторых растений корни в космосе растут на порядок быстрее, чем у тех же растений на Земле.

Выращивание растений в условиях невесомости

Оказывается, что почву нельзя использовать ни в каком качестве при отсутствии гравитации. Главный минус - это невозможность работы с сыпучими материалами в невесомости. Заменителем почвы выступают особые синтетические аналоги, похожие на тряпки, а все необходимые для растений вещества следует заранее растворять в жидкости.