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Clinostat
Otros nombresKlinostat, clinostat horizontal, clinostat de un solo eje
Usosreduce el efecto de la gravedad en los organismos, principalmente utilizado con plantas
InventorJulius von Sachs
Artículos relacionadosmáquina de posicionamiento aleatorio

Un clinostat es un dispositivo que utiliza la rotación para anular los efectos de la atracción gravitacional 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 de animales y telas de araña .

Descripción [ editar ]

Un clinostato de un solo eje (u horizontal) consiste en un disco unido a un motor. Originalmente eran un mecanismo de relojería pero hoy en día se utiliza un motor eléctrico . El disco se sostiene verticalmente y el motor lo gira lentamente a velocidades del orden de una revolución por minuto. Se adjunta una planta al disco para que se sostenga horizontalmente. La rotación lenta significa que la planta experimenta una atracción gravitacional que se promedia en 360 grados, lo que se aproxima a una ingravidez.ambiente. 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 ser exactamente horizontal para simular la ausencia de gravedad. Si el clinostato forma 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 (aprox. 1/6 g) que requiere un ángulo con la horizontal de aprox. 10 grados, es decir, sin -1 (1/6).

Una planta solo reacciona a la gravedad si la gravistimulación se mantiene durante más tiempo que un período de tiempo crítico, llamado tiempo de presentación mínimo (MPT). Para muchos órganos de plantas, el MPT se encuentra entre 10 y 200 segundos y, por lo tanto, un clinostato debe rotar 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 producirse una respuesta gravitrópica. [1] El tiempo de presentación para los animales es uno o dos órdenes de magnitud más rápido que esto, lo que excluye el uso del clinostato de rotación lenta para la mayoría de los estudios con animales. Sin embargo, el clinostato de rotación rápida puede utilizarse, y se utiliza, para el estudio de cultivos de células animales y embriones.

Tipos y aplicación [ editar ]

  • El tipo habitual de clinostato gira lentamente para evitar efectos centrífugos y esto 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 para iniciar respuestas fisiológicas a la gravedad; si es demasiado rápido, las fuerzas centrífugas y las tensiones mecánicas introducen artefactos. La velocidad de rotación óptima se ha investigado en comparación con las respuestas "verdaderas" 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 de plantas.
  • El clinostato de rotación rápida (que generalmente gira entre 30 y 150 rpm) solo 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 imposibilitan su uso en muestras más grandes.
  • Un clinostato de eje único solo produce el efecto de ingravidez a lo largo de su eje de rotación. Un clinostato 3D o de dos ejes (generalmente llamado máquina de posicionamiento aleatorio o RPM), puede promediar la fuerza gravitacional en todas las direcciones. Estas máquinas suelen constar de dos bastidores, uno colocado dentro del otro, cada uno de los cuales gira independientemente.
  • Una alternativa al clinostato para simular la microgravedad es la máquina de caída libre (FFM). Se permite que las muestras pequeñas (como las suspensiones de células) caigan libremente bajo la gravedad durante aproximadamente un metro, con un período de caída libre que dura poco menos de un segundo. Luego se empujan hacia la parte superior del aparato mediante una gran fuerza aplicada brevemente (c. 20 g durante 20 ms - el "rebote"), y se les permite volver a caer, y así sucesivamente. El principio de la máquina es que la mayor parte del tiempo se pasa en caída libre de cero g. Se supone que los periodos pasados ​​por debajo de g alta son demasiado cortos para ser detectados por el mecanismo fisiológico de las muestras biológicas, que en consecuencia solo perciben el tiempo pasado en caída libre.

Problemas asociados con el uso del clinostato horizontal [ editar ]

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

  • Los efectos gravitacionales todavía ocurren, simplemente no tienen dirección neta. Por lo tanto, en lugar de simular la microgravedad, es mejor considerarlos como inductores de la gravistimulación omnilateral [3].
  • las hojas de las plantas grandes se desploman cuando giran; esto puede causar 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 de movimiento pueden provocar artefactos.

Historia [ editar ]

El clinostat fue inventado en 1879 por Julius von Sachs , [7] quien construyó una máquina con mecanismo de relojería. Sin embargo, Denis Dodart había sido pionero en un concepto similar ya en 1703 . Newcombe fabricó el primer clinostato eléctrico (1897). [8]

Ver también [ editar ]

Referencias [ editar ]

  1. ^ BG Pickard (1973) Patrones de respuesta geotrópica del coleoptilo de Avena. I. Dependencia del ángulo y duración de la estimulación. Lata. J. Bot. 51: 1003-1021
  2. ^ CJ Lyon (1970) Elección de la tasa de rotación para el clinostato horizontal, Plant Physiol. 46, págs. 355–358
  3. ^ A. Brown, AO Dahl y DK Chapman (1976) Limitación del uso del clinostato horizontal como compensador de gravedad, Plant Physiol. 58, págs. 127-130.
  4. ^ Cuero GR, LE Forrence (1972) El aumento de la producción de etileno durante los experimentos de Clinostat puede causar epinastía foliar. Plant Physiol. 49 (2): 183-186
  5. ^ Raymond M Wheeler, Frank B. Salisbury (1981) Interpretación de las respuestas de las plantas al clinostado: I. Esfuerzos mecánicos y etileno. Plant Physiol. 67 (4): 677-685
  6. ^ 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
  7. ^ FGJR von Sachs (1879) Ueber Ausschliessung der geotropischen und heliotropischen Krümmungen wärend des Wachsthums, Würzburger Arbeiten. 2, págs. 209–225
  8. ^ FC Newcombe (1904) Limitaciones del klinostat como instrumento para la investigación científica, Science 20, págs. 376–379.

Citas [ editar ]

  • Barjaktarović, Z .; Nordheim, A; Lamkemeyer, T; Fladerer, C; Madlung, J; Hampp, R; et al. (2007), "Evolución 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. , 58 (15–16), págs. 4357–63, doi : 10.1093 / jxb / erm302 , PMID  18182437

Enlaces externos [ editar ]

  • Página de Clinostat: un sitio web dedicado a los estudios de biología espacial en la Tierra La Clinopage
  • Sitio web de experimentación de gravedad Clinostats
Patentes

Cultivo celular (clase 435 / 297.400)

  • Patente de EE.UU. 5.104.802 , Rhodes, Percy H. (Huntsville, AL), Miller, Teresa Y. (Falkville, AL), Snyder, Robert S. (Huntsville, AL), "Clinostat de fibra hueca para simular la microgravedad en cultivo celular"