La gravité affecte potentiellement tous les processus biologiques sur Terre, même si cela peut être difficile à croire alors que nous observons des mouches se promener sur nos plafonds, comme si la gravité ne leur importait pas du tout. Bien entendu, la gravité n’est qu’un facteur, et d’autres facteurs tels que l’adhérence ou la flottabilité déterminent si un organisme tombe du plafond, par exemple, ou combien de temps il faut à un organisme pour s’installer au sol.
Nous savons depuis longtemps que les êtres humains subissent des dommages causés par de longues périodes dans des environnements de faible gravité. Les astronautes reviennent de l'espace avec une atrophie musculaire et une réduction de la masse osseuse. Ces effets semblent s’aggraver avec le temps, il est donc essentiel de comprendre les effets de la gravité sur la physiologie humaine lors de la planification de vols spatiaux lointains. L'étude des effets de la faible gravité sur les vaisseaux et les stations spatiales est coûteuse. Quiconque a déjà travaillé dans un laboratoire sait que de nombreuses expériences doivent être répétées plusieurs fois pour que les procédures fonctionnent correctement. Si une étape clé dans la réalisation d'une expérience sur, par exemple, la réponse des cellules au manque de gravité est de «filmer l'expérience dans l'espace et de la conserver pendant deux mois», il faudra alors beaucoup de temps et beaucoup d'argent. pour obtenir des résultats, il peut être nécessaire de comprendre la biologie de faible gravité. Par conséquent, il serait bien d’avoir une machine anti-gravité dans nos laboratoires terrestres pour mener des expériences sans les contraintes de coût et de calendrier imposées par les vols spatiaux.
Il existe un moyen de simuler l'apesanteur à petite échelle en laboratoire. Une équipe de chercheurs de plusieurs institutions européennes a utilisé le magnétisme pour compenser les effets de la gravité au niveau cellulaire. La méthode s'appelle lévitation diamagnétique. (Une autre méthode de simulation de l'anti-gravité utilise une «machine de positionnement aléatoire» (RPM).) Certains matériaux, les matériaux diamagnétiques, sont repoussés par un champ magnétique. L'eau et la plupart des tissus biologiques entrent dans cette catégorie. Un champ magnétique très puissant peut être appliqué à ces tissus pour compenser les effets de la gravité. Les molécules qui se déplacent et agissent à l'intérieur des cellules le font alors comme s'il n'y avait aucune gravité agissant sur elles. Selon une étude récente, il semblerait que l’expression des gènes soit affectée par la gravité. (L'article est publié dans BMC Genomics et est disponible ici.)
L'aimant utilisé dans cette expérience produit un champ avec une force de 11, 5 Tesla (T). Le champ magnétique de la Terre est égal à environ 31 micro Teslas. L’aimant qui maintient votre liste d’achats sur votre réfrigérateur mesure environ 0, 005 Tesla, les aimants d’une enceinte ont une force de 1 à 2 Teslas et la force magnétique d’un appareil d’IRM ou d’un dispositif similaire, pour l’imagerie médicale, est généralement de l’ordre de 3 Teslas ou Moins. Si vous fixiez un aimant de 11, 5 Teslas à votre réfrigérateur, vous ne pourriez pas le retirer.
Dans cette expérience, l'aimant a été utilisé pour «léviter» les mouches des fruits pendant 22 jours, du stade embryonnaire au stade larvaire, puis au stade nymphe et finalement aux adultes. Les mouches ont été maintenues à une certaine distance au-dessus de l'aimant où l'effet de répulsion nette de l'aimant sur l'eau et les autres molécules était égal et opposé aux effets de la gravité. Les autres mouches ont été placées sous l'aimant à la même distance, où elles ont subi l'équivalent du double de la gravité terrestre.
L'étude a examiné comment l'expression des gènes différait en fonction du champ gravitationnel simulé ainsi que dans un champ magnétique puissant qui ne simulait pas un changement de gravité. Doubler la gravité de la Terre a modifié l'expression de 44 gènes, et annuler la gravité a modifié l'expression de plus de 200 gènes. Un peu moins de 500 gènes ont été affectés uniquement par le champ magnétique, leur expression étant augmentée ou diminuée. Les chercheurs ont été en mesure de soustraire les effets du magnétisme des effets de l’augmentation ou de la diminution de la gravité et d’isoler ainsi les gènes qui semblaient les plus sensibles aux seuls changements de gravité. Selon les chercheurs, «le champ magnétique et la gravité modifiée ont eu un effet sur la régulation des gènes chez les mouches. Les résultats de ceci peuvent être vus dans le comportement des mouches et dans les taux de reproduction réussis. Le champ magnétique à lui seul était capable de perturber de 60% le nombre de mouches adultes d'un lot d'œufs. Cependant, l'effort concerté de la gravité modifiée et de l'aimant a eu un effet beaucoup plus frappant, réduisant la viabilité des œufs à moins de 5%. ”
Les gènes les plus affectés étaient ceux impliqués dans le métabolisme, la réponse du système immunitaire aux champignons et aux bactéries, les gènes de réponse à la chaleur et les gènes de signalisation cellulaire. Cela indique que les effets de la gravité sur le processus de développement chez les animaux sont profonds.
Le résultat le plus important de cette recherche est probablement la preuve de concept: il montre que cette technique peut être utilisée pour étudier les effets de la gravité basse sur les processus biologiques. Nous pouvons nous attendre à des résultats plus raffinés nous informant de processus spécifiques altérés par la gravité et éventuellement à développer des moyens permettant de compenser ces effets pour les humains ou d'autres organismes lors de vols spatiaux lointains. Éventuellement, nous pourrons peut-être envoyer une mouche des fruits sur Mars et la renvoyer en toute sécurité.
Herranz, R., Larkin, O., Dijkstra, C., Hill, R., Anthony, P., Davey, M., Eaves, L., van Loon, J., Medina, F. et Marco, R (2012). Simulation de microgravité par lévitation diamagnétique: effets d'un champ magnétique à fort gradient sur le profil de transcription de Drosophila melanogaster BMC Genomics, 13 (1) DOI: 10.1186 / 1471-2164-13-52
