現在實驗室培養的細胞分兩種,一是懸浮細胞,二是貼壁細胞。貼壁細胞依靠重力平貼在培養皿上,包括了絕大部分具有生理學意義的細胞類型,比如神經細胞,肌肉細胞,上皮細胞等等,還有理學細胞模型,如癌細胞,神經退行性細胞等等,現已從單層貼壁細胞發展出三維立體的細胞模型。所以我們在實驗室條件下對細胞的理解基本上都是建立在重力的基礎上的,但重力卻被完全忽略了。
忽略了不代表不重要,正如我們常忽略空氣的存在。細胞受重力作用,整個生長形態都會變化,尤其體現在微管組織上。現有大部分細胞雖有三維結構,但真實形態像煎蛋一樣,中間細胞核處凸起,四周慢慢垂下平鋪開。這明顯是受重力作用。假如沒有重力影響,直接決定細胞形態的微管組織是否還是如此鋪展,抑或像海膽殼一樣四面八方上下左右無方向自由伸展?
那么,細胞個體在形態學上的變化肯定會影響整個組織,器官,乃至生物個體的形態學。另外,從人的發育來看,我們都是在重力環境下完成發育的,雖然重力可能對發育過程的信號通路沒有影響,但失去重力的引導,諸如生長因子之類的發育關鍵蛋白是否能沿某種梯度傳遞,讓細胞逐步發育成現有人類的樣子?抑或關鍵蛋白在細胞間的傳輸完全沒有了方向,導致發育失敗抑或是發育成超級人,在進入太空時代前,這都是人類必須要面對的問題。
另一方面,細胞本質上是個跟外界頻繁進行物質與能量交換的熱力學系統。現有的細胞學研究主要集中在細胞的分子機制上,但缺乏從物理學本質上的討論,比如如何從熱力學角度看待細胞,如何從重力下看細胞,都很少涉及。無重力或微重力的太空環境,給我們提供了絕佳的條件,去研究純熱力學環境下的細胞生物學,即單純由分子的熱力學運動驅動的生命現象。