La biología gravitacional es el estudio de los efectos que tiene la gravedad en los organismos vivos . A lo largo de la historia de la Tierra, la vida ha evolucionado para sobrevivir a condiciones cambiantes, como los cambios en el clima y el hábitat . Sin embargo, un factor constante en la evolución desde que comenzó la vida en la Tierra es la fuerza de gravedad. Como consecuencia, todos los procesos biológicos están acostumbrados a la siempre presente fuerza de gravedad e incluso pequeñas variaciones en esta fuerza pueden tener un impacto significativo en la salud, el funcionamiento y el sistema de los organismos. [1]
La fuerza de gravedad sobre la superficie de la Tierra, normalmente denotada como g , ha permanecido constante tanto en dirección como en magnitud desde la formación del planeta. [ cita necesaria ] Como resultado, tanto la vida vegetal como la animal han evolucionado para depender de ella y afrontarla de diversas formas. Por ejemplo, los humanos emplean modelos internos en la planificación motora que tienen en cuenta los efectos de la gravedad en las habilidades motoras gruesas y finas. [2]
Los tropismos vegetales son movimientos direccionales de una planta con respecto a un estímulo direccional. Uno de esos tropismos es el gravitropismo , o el crecimiento o movimiento de una planta con respecto a la gravedad. Las raíces de las plantas crecen hacia la fuerza de la gravedad y lejos de la luz solar, y los brotes y tallos crecen contra la fuerza de la gravedad y hacia la luz del sol.
La gravedad ha influido en el desarrollo de la vida animal desde el primer organismo unicelular . El tamaño de las células biológicas individuales es inversamente proporcional a la fuerza del campo gravitacional ejercido sobre la célula. Es decir, en campos gravitacionales más fuertes, el tamaño de las células disminuye y en campos gravitacionales más débiles, el tamaño de las células aumenta. Por tanto, la gravedad es un factor limitante en el crecimiento de las células individuales.
Las células que eran naturalmente más grandes que el tamaño que la gravedad por sí sola permitiría tuvieron que desarrollar medios para protegerse contra la sedimentación interna. Varios de estos métodos se basan en el movimiento protoplásmico , la forma delgada y alargada del cuerpo celular, el aumento de la viscosidad citoplasmática y un rango reducido de gravedad específica de los componentes celulares en relación con el plasma terrestre. [3]
Los efectos de la gravedad sobre los organismos multicelulares son considerablemente más drásticos. Durante el período en que los animales evolucionaron por primera vez para sobrevivir en la tierra, se habría requerido algún método de locomoción dirigida y, por lo tanto, una forma de esqueleto interno o externo para hacer frente al aumento en la fuerza aparente de gravedad debido a la fuerza de flotación ascendente debilitada . Antes de este punto, la mayoría de las formas de vida eran pequeñas y tenían apariencia de gusano o medusa, y sin este paso evolutivo no habrían podido mantener su forma ni moverse en la tierra.
En los vertebrados terrestres más grandes , las fuerzas gravitacionales influyen en los sistemas musculoesqueléticos , la distribución de fluidos y la hidrodinámica de la circulación .
Cada día está más cerca la realización de la habitabilidad espacial , e incluso hoy existen estaciones espaciales que albergan residentes a largo plazo, aunque todavía no permanentes. Debido a esto, existe un creciente interés científico en cómo los cambios en el campo gravitacional influyen en diferentes aspectos de la fisiología de los organismos vivos, especialmente los mamíferos , ya que normalmente estos resultados pueden estar estrechamente relacionados con los efectos esperados en los humanos. Todas las investigaciones actuales en este campo se pueden clasificar en dos grupos. [4]
El primer grupo está formado por experimentos que involucran campos gravitacionales de menos de un g , denominados hipogravedad , sin gravedad artificial o microgravedad . Una estación espacial o una nave espacial en un vuelo espacial estarán en hipogravedad. Por lo tanto, la comprensión de los efectos de la hipogravedad en el cuerpo humano es necesaria para los viajes espaciales prolongados y la colonización .
El segundo grupo está formado por aquellos que implican campos gravitacionales de más de una g , denominados hipergravedad . Durante breves períodos durante el despegue y el aterrizaje de una nave espacial, los astronautas están bajo la influencia de la hipergravedad. Comprender los efectos de la hipergravedad también es necesario si alguna vez se quiere colonizar planetas más grandes que la Tierra.
Experimentos recientes han demostrado que las alteraciones en el metabolismo , la función de las células inmunitarias , la división celular y la unión celular ocurren en la hipogravedad del espacio. Por ejemplo, después de unos días en microgravedad (<10 −3 g ), las células inmunes humanas no pudieron diferenciarse en células maduras. Una de las grandes implicaciones de esto es que si ciertas células no pueden diferenciarse en el espacio, es posible que los organismos no puedan reproducirse con éxito después de la exposición a la gravedad cero.
Los científicos creen que el estrés asociado con los vuelos espaciales es responsable de la incapacidad de algunas células para diferenciarse. Estas tensiones pueden alterar las actividades metabólicas y alterar los procesos químicos en los organismos vivos. Un ejemplo concreto sería el del crecimiento de las células óseas. La microgravedad impide el desarrollo de las células óseas. Las células óseas deben adherirse a algo poco después del desarrollo y morirán si no pueden hacerlo. Sin la atracción descendente de una fuerza gravitacional sobre estas células óseas, flotan al azar y eventualmente mueren. Esto sugiere que la dirección de la gravedad puede dar a las células pistas sobre dónde fijarse.
{{cite web}}: Mantenimiento CS1: copia archivada como título ( enlace )Astrobiología: El Universo Viviente - Biología Gravitacional{{cite web}}: Mantenimiento CS1: copia archivada como título ( enlace )