Biologia gravitacional - Gravitational biology
Biologia gravitacional é o estudo dos efeitos que a gravidade tem sobre os organismos vivos . Ao longo da história da Terra, a vida evoluiu para sobreviver a mudanças nas condições, como mudanças no clima e no habitat . No entanto, um fator constante na evolução desde o início da vida na Terra é a força da gravidade. Como consequência, todos os processos biológicos estão acostumados à sempre presente força da gravidade e até mesmo pequenas variações nessa força podem ter um impacto significativo na saúde, na função e no sistema dos organismos.
Gravidade e vida na Terra
A força da gravidade na superfície da Terra, normalmente denotada por g , permaneceu constante em ambas as direções e magnitude desde a formação do planeta. Como resultado, a vida vegetal e animal evoluiu para depender dela e lidar com ela de várias maneiras.
Uso da gravidade da planta
Tropismos de plantas são movimentos direcionais de uma planta em relação a um estímulo direcional. Um desses tropismos é o gravitropismo , ou o crescimento ou movimento de uma planta em relação à gravidade. As raízes das plantas crescem em direção à atração da gravidade e longe da luz solar, e os brotos e caules crescem contra a atração da gravidade e em direção à luz solar.
Animal luta com a gravidade
A gravidade teve um efeito no desenvolvimento da vida animal desde o primeiro organismo unicelular . O tamanho de uma única célula biológica é inversamente proporcional à força do campo gravitacional exercido sobre a célula. Ou seja, em campos gravitacionais mais fortes, o tamanho das células diminui, e em campos gravitacionais mais fracos, o tamanho das células aumenta. A gravidade é, portanto, um fator limitante no crescimento de células individuais.
As células que eram naturalmente maiores do que o tamanho que a gravidade permitiria tiveram que desenvolver meios para se proteger contra a sedimentação interna. Vários desses métodos são baseados no movimento protoplasmático , forma delgada e alongada do corpo celular, aumento da viscosidade citoplasmática e uma faixa reduzida de gravidade específica de componentes celulares em relação ao plasma terrestre.
Os efeitos da gravidade em organismos multicelulares são consideravelmente mais drásticos. Durante o período em que os animais evoluíram pela primeira vez para sobreviver na terra, algum método de locomoção dirigida e, portanto, uma forma de esqueleto interno ou externo teria sido necessário para lidar com o aumento da força da gravidade devido ao enfraquecimento da força ascendente de flutuabilidade . Antes desse ponto, a maioria das formas de vida era pequena e tinha uma aparência semelhante a verme ou água-viva e, sem essa etapa evolutiva, não teria sido capaz de manter sua forma ou se mover em terra.
Em vertebrados terrestres maiores, as forças gravitacionais influenciam os sistemas músculo-esqueléticos , a distribuição de fluidos e a hidrodinâmica da circulação .
Gravidade e vida em outro lugar
A cada dia, a realização da habitação espacial se torna mais próxima, e ainda hoje existem estações espaciais que abrigam residentes de longa data, embora ainda não permanentes. Por conta disso, há um crescente interesse científico em como as mudanças no campo gravitacional influenciam diferentes aspectos da fisiologia dos organismos vivos, especialmente os mamíferos , uma vez que esses resultados normalmente podem estar intimamente relacionados aos efeitos esperados em humanos. Todas as pesquisas atuais neste campo podem ser classificadas em dois grupos.
O primeiro grupo consiste nos experimentos que envolvem campos gravitacionais menores que um g , denominados hipogravidade , sem gravidade artificial , ou microgravidade . Uma estação espacial ou uma espaçonave em um vôo espacial estará em hipogravidade. Portanto, a compreensão dos efeitos da hipogravidade no corpo humano é necessária para viagens espaciais prolongadas e colonização.
O segundo grupo consiste naqueles que envolvem campos gravitacionais de mais de um g , denominados hipergravidade . Por breves períodos durante a decolagem e o pouso de naves espaciais, os astronautas estão sob a influência da hipergravidade. Compreender os efeitos da hipergravidade também é necessário se a colonização de planetas maiores que a Terra algum dia ocorrer.
Experimentos recentes
Experimentos recentes provaram que alterações no metabolismo , função celular imune , divisão celular e fixação celular ocorrem na hipogravidade do espaço. Por exemplo, após alguns dias em microgravidade (<10 −3 g ), as células imunes humanas não conseguiram se diferenciar em células maduras. Uma das grandes implicações disso é que, se certas células não podem se diferenciar no espaço, os organismos podem não ser capazes de se reproduzir com sucesso após a exposição à gravidade zero.
Os cientistas acreditam que o estresse associado ao voo espacial é responsável pela incapacidade de algumas células de se diferenciarem. Esses estresses podem alterar as atividades metabólicas e podem perturbar os processos químicos nos organismos vivos. Um exemplo específico seria o crescimento de células ósseas. A microgravidade impede o desenvolvimento das células ósseas. As células ósseas devem se ligar a algo logo após o desenvolvimento e morrerão se não puderem. Sem a atração para baixo de uma força gravitacional sobre essas células ósseas, elas flutuam aleatoriamente e acabam morrendo. Isso sugere que a direção da gravidade pode dar às células pistas sobre onde se fixarem.