Gravitační biologie je studium účinků gravitace na živé organismy. V průběhu dějin Země se život vyvíjel tak, aby přežil měnící se podmínky, jako jsou změny klimatu a životního prostředí. Jediným konstantním faktorem v evoluci od vzniku života na Zemi je gravitační síla. V důsledku toho jsou všechny biologické procesy zvyklé na všudypřítomnou gravitační sílu a i malé změny této síly mohou mít významný vliv na zdraví a funkci organismů.[1]
Gravitační síla na povrchu Země, běžně označovaná jako g, zůstala od vzniku planety konstantní jak ve směru, tak ve velikosti.[Jak odkazovat a odkazovat na shrnutí nebo text] V důsledku toho se rostlinný i živočišný život vyvinul tak, aby se na něj mohl různými způsoby spolehnout a vyrovnat se s ním.
Zvířecí boje s gravitací
Gravitace má vliv na vývoj živočišného života již od vzniku prvního jednobuněčného organismu.
Velikost jednotlivých biologických buněk je nepřímo úměrná síle gravitačního pole působícího na buňku. To znamená, že v silnějších gravitačních polích se velikost buněk zmenšuje a ve slabších gravitačních polích se velikost buněk zvětšuje. Gravitace je tedy limitujícím faktorem růstu jednotlivých buněk.
Buňky, které byly přirozeně větší, než by gravitace sama dovolovala, musely vyvinout prostředky na ochranu proti vnitřní sedimentaci. Několik z těchto metod je založeno na protoplazmatickém pohybu, tenkém a podlouhlém tvaru buněčného těla, zvýšené cytoplazmatické viskozitě a sníženém rozsahu specifické gravitace buněčných složek ve vztahu k pozemní plazmě.[2]
Vliv gravitace na mnohobuněčné organismy je ještě drastičtější. V období, kdy se zvířata poprvé vyvinula, aby přežila na souši, by byla nutná nějaká metoda řízeného pohybu a tedy forma vnitřní kostry nebo vnější kostry, aby se vyrovnala se zvýšením gravitační síly v důsledku oslabené síly vztlaku směrem nahoru. Před tímto okamžikem byla většina životních forem malá a měla vzhled červa nebo medúzy a bez tohoto evolučního kroku by nebyla schopna udržet si svou formu nebo se pohybovat na souši.
U větších suchozemských obratlovců ovlivňují gravitační síly muskuloskeletální systémy, distribuci tekutin a hydrodynamiku oběhu.
Vzrůstá vědecký zájem o to, jak změny gravitačního pole ovlivňují různé aspekty fyziologie živých organismů, zejména savců, protože tyto výsledky mohou běžně úzce souviset s očekávanými účinky na člověka. Veškerý současný výzkum v této oblasti lze rozdělit do dvou skupin.[3]
Nedávné experimenty prokázaly, že ke změnám v metabolismu, funkci imunitních buněk, buněčném dělení a vazbě na buňky dochází v hypogravitaci prostoru. Například po několika dnech v mikrogravitaci (< 10-3 g) se lidské imunitní buňky nedokázaly diferencovat na zralé buňky. Jedním z velkých důsledků toho je, že pokud se určité buňky nedokáží diferencovat v prostoru, organismy se po vystavení nulové gravitaci nemusí být schopny úspěšně rozmnožovat. Vědci se domnívají, že stres spojený s vesmírným letem je zodpovědný za neschopnost některých buněk diferencovat se. Tyto stresy mohou změnit metabolické aktivity a mohou narušit chemické procesy v živých organismech. Konkrétním příkladem by mohl být růst kostních buněk. Mikropgravitace brání rozvoji kostních buněk. Kostní buňky se musí krátce po vývoji na něco navázat a pokud to nedokáží, zemřou. Bez gravitační síly působící na tyto kostní buňky směrem dolů se náhodně vznášejí a nakonec odumírají. To naznačuje, že směr gravitace může dát buňkám vodítko, kde se mají navázat.