Clinóstato

Un clinostato es un dispositivo que utiliza la rotación para anular los efectos de la atracción gravitatoria sobre el crecimiento ( gravitropismo ) y el desarrollo (gravimorfismo) de las plantas. También se ha utilizado para estudiar los efectos de la microgravedad en cultivos celulares , embriones animales y telarañas .

Descripción

Un clinostato de un solo eje (u horizontal) consiste en un disco unido a un motor. Originalmente eran mecanismos de relojería, pero hoy en día se utiliza un motor eléctrico . El disco se mantiene verticalmente y el motor lo hace girar lentamente a velocidades del orden de una revolución por minuto. Se fija una planta al disco de manera que se mantenga horizontalmente. La rotación lenta significa que la planta experimenta una atracción gravitatoria que se promedia en 360 grados, aproximándose así a un entorno sin gravedad . Los clinostatos también se han utilizado para cancelar los efectos de la luz solar y otros estímulos además de la gravedad. Este tipo de clinostato debe estar exactamente horizontal para simular la ausencia de gravedad. Si el clinostato está en un ángulo con respecto a la horizontal, se percibe un vector de gravedad neta, cuya magnitud depende del ángulo. Esto se puede utilizar para simular la gravedad lunar (aproximadamente 1/6 g), que requiere un ángulo con respecto a la horizontal de aproximadamente 10 grados, es decir, sen ⁻¹ (1/6).

Una planta sólo reacciona a la gravedad si la graviestimulación se mantiene durante más tiempo que una cantidad crítica de tiempo, llamada tiempo mínimo de presentación (MPT). Para muchos órganos de las plantas, el MPT se encuentra entre 10 y 200 segundos y, por lo tanto, un clinostato debe girar en una escala de tiempo comparable para evitar una respuesta gravitrópica. Sin embargo, el tiempo de presentación es acumulativo y si la rotación de un clinostato se detiene repetidamente en una sola posición, incluso durante períodos tan cortos como 0,5 s, puede resultar en una respuesta gravitrópica. ^[1] El tiempo de presentación para animales es uno o dos órdenes de magnitud más rápido que esto, lo que impide el uso del clinostato de rotación lenta para la mayoría de los estudios con animales. Sin embargo, el clinostato de rotación rápida puede usarse, y se usa, para el estudio de cultivos de células animales y embriones.

Tipos y aplicaciones

El tipo habitual de clinostato gira lentamente para evitar los efectos centrífugos y se denomina "clinostato de rotación lenta". Se ha debatido cuál es la velocidad de rotación más adecuada: si es demasiado lenta, la planta tiene tiempo de iniciar respuestas fisiológicas a la gravedad; si es demasiado rápida, las fuerzas centrífugas y las tensiones mecánicas introducen artefactos. Se ha investigado la velocidad de rotación óptima comparándola con las respuestas "reales" a la microgravedad, como se observa en las plantas cultivadas en el espacio ^[2], y se ha determinado que está entre 0,3 y 3 rpm para la mayoría de los sistemas vegetales.
El clinostato de rotación rápida (que gira generalmente entre 30 y 150 rpm) sólo se puede utilizar para muestras pequeñas (cultivos celulares en viales de unos pocos mm de diámetro) normalmente en medios líquidos. En estas condiciones se evitan los efectos centrífugos excesivos que impiden su uso en muestras más grandes.
Un clinostato de un solo eje produce el efecto de ingravidez únicamente a lo largo de su eje de rotación. Un clinostato tridimensional o de dos ejes (generalmente llamado máquina de posicionamiento aleatorio o RPM) puede promediar la atracción gravitatoria en todas las direcciones. Estas máquinas suelen constar de dos marcos, uno colocado dentro del otro, y cada uno de ellos gira de forma independiente.
Una alternativa al clinostato para simular la microgravedad es la máquina de caída libre (FFM). Se deja que pequeñas muestras (como suspensiones celulares) caigan libremente bajo la acción de la gravedad durante aproximadamente un metro, con un período de caída libre que dura poco menos de un segundo. Luego se las empuja hacia la parte superior del aparato mediante una gran fuerza aplicada brevemente (aproximadamente 20 g durante 20 ms, el "rebote"), y se las deja caer nuevamente, y así sucesivamente. El principio de la máquina es que la mayor parte del tiempo se pasa en caída libre a gravedad cero. Se supone que los períodos que pasan bajo una gravedad alta son demasiado cortos para que los detecte el mecanismo fisiológico de las muestras biológicas, que, en consecuencia, solo perciben el tiempo que pasan en caída libre.

Problemas asociados al uso del clinostato horizontal

Se han señalado varios problemas en el uso de clinostatos para simular la microgravedad:

Los efectos gravitacionales todavía ocurren, pero no tienen una dirección neta. Por lo tanto, en lugar de simular la microgravedad, es mejor pensar que inducen una graviestimulación omnilateral ^[3].
Las hojas de las plantas grandes se balancean mientras giran, lo que puede provocar un aumento en la producción de etileno , que a su vez puede causar algunos de los fenómenos que de otro modo se atribuyen al agravitropismo. ^[4] Otros investigadores han cuestionado esta interpretación, ^[5] y se ha sugerido que el etileno puede tener un papel en la respuesta gravitrópica ^[6]
La vibración del motor y otros efectos del movimiento pueden provocar artefactos.

Historia

El clinostato fue inventado en 1879 por Julius von Sachs ^[7] , quien construyó una máquina accionada por un mecanismo de relojería. Sin embargo, Denis Dodart ya había desarrollado un concepto similar en 1703. El primer clinostato accionado eléctricamente (1897) fue fabricado por Newcombe ^[8] .

Véase también

Referencias

^ BG Pickard (1973) Patrones de respuesta geotrópica del coleoptilo de Avena. I. Dependencia del ángulo y la duración de la estimulación. Can. J. Bot. 51: 1003-1021
^ CJ Lyon (1970) Elección de la velocidad de rotación para el clinostato horizontal, Plant Physiol. 46, págs. 355–358
^ A. Brown, AO Dahl y DK Chapman (1976) Limitación en el uso del clinostato horizontal como compensador de gravedad, Plant Physiol. 58, págs. 127-130.
^ GR Leather, LE Forrence (1972) El aumento de la producción de etileno durante los experimentos con clinostatos puede provocar epinastia foliar. Plant Physiol. 49 (2):183-186
^ Raymond M Wheeler, Frank B. Salisbury (1981) Interpretación de las respuestas de las plantas a la clinostatización: I. Estrés mecánico y etileno. Plant Physiol. 67 (4):677-685
^ Raymond M Wheeler, Frank B Salisbury (1981) Gravitropismo en brotes de plantas superiores: I. Un papel para el etileno. Plant Physiol. 67 (4):686-690
^ FGJR von Sachs (1879) Ueber Ausschliessung der geotropischen und heliotropischen Krümmungen wärend des Wachsthums, Würzburger Arbeiten. 2, págs. 209-225
^ FC Newcombe (1904) Limitaciones del clinostato como instrumento para la investigación científica, Science 20, págs. 376-379.

Citas

Barjaktarović, Z.; Nordheim, A; Lamkemeyer, T; Fladerer, C; Madlung, J; Hampp, R; et al. (2007), "Curso temporal de los cambios en las cantidades de proteínas específicas tras la exposición a hiper-g, clinorrotación 2-D y posicionamiento aleatorio 3-D de cultivos de células de Arabidopsis", J Exp Bot. , vol. 58, núm. 15–16, págs. 4357–63, doi :10.1093/jxb/erm302, PMID 18182437

Enlaces externos

Página de Clinostat: Un sitio web dedicado a los estudios de biología espacial en la Tierra La página de Clinostat
Sitio web de experimentación de gravedad Clinostats

Patentes

Cultivo celular (Clase 435/297.400)

Patente estadounidense 5.104.802 , Rhodes, Percy H. (Huntsville, AL), Miller, Teresa Y. (Falkville, AL), Snyder, Robert S. (Huntsville, AL), " Clinostato de fibra hueca para simular la microgravedad en cultivos celulares "