Clinostat - Définition

Introduction

Un clinostat (ou Klinostat) est un appareil de laboratoire qui utilise la rotation pour réduire les effets de la gravité sur la croissance de végétaux (étude du forçage du développement cellulaire gravitropisme) ou embryonnaire (gravimorphisme) par la gravité.

Un clinostat a par exemple été utilisé pour l'étude des changements de production de certaines protéines chez la plante de laboratoire Arabidopsis en situation de micro-pesanteur.

Histoire

Le premier clinostat connu sous ce nom dans l'histoire des sciences a été inventé et breveté par Julius von Sachs au tout début du XXème siècle, mais en 1703 Denis Dodart avait déjà conçu un système similaire.
Réalisé par Newcombe, le premier clinostat à moteur électrique daterait de 1897.

Autres usages et découvertes

Des clinostats ont aussi été utilisés pour annuler des stimuli autres que la gravité (par exemple la directionnalité des effets du soleil). On a ainsi pu montrer que les plantes ne réagissent à la gravité que si la gravistimulation est maintenue durant plus qu'une certaine quantité critique de temps (qui varie selon l'espèce, les organes ou l'âge de la plante, et qui est dit « temps de présentation minimale »( MPT ou minimal presentation time en anglais). Pour de nombreux organes végétaux, le MPT se situe entre 10 et 200 secondes. Si un clinostat est à plusieurs reprises arrêté à une position unique, même pendant un temps aussi bref que 0,5 s, ces arrêts peuvent entraîner une réponse gravitropique. Les animaux sont bien moins sensibles, leur « temps de présentation » est d'un ou de deux ordres de grandeur plus rapide, ce qui impose l'utilisation de clinostats en rotation rapide, par exemple pour étudier des cultures de cellules animales et le développement d'embryons.

Principe et description

• Le « clinostat à un seul axe » (aussi appelé « clinostat horizontal ») est formé d'un disque rigide attaché à un moteur. Ils s'agissait originellement d'un simple mécanisme d'horlogerie, aujourd'hui remplacé par un moteur électrique. Le disque est tenu verticalement et le moteur tourne lentement (environ un tour par minute). Une rotation circulaire uniforme autour de l'axe horizontal crée un vecteur gravité normale balaye 360° autour de l'objet biologique à chaque révolution.
  Si cet objet est par exemple une plante attachée au centre du disque de manière à ce qu'elle soit en position horizontale (dans l'axe du Clinostat), la rotation lente de l'axe diminue la force gravitationnelle (de plus de 360 degrés), simulant ainsi une partie des conditions de l'apesanteur. On a fait de même pour des cultures de cellules animales.
  Pour simuler l'absence de gravité, le clinostat simple doit être parfaitement horizontal. Si le clinostat fait un angle avec l'horizontale, un vecteur de gravité est alors perçu, qui augmente avec l'angle par rapport à l'horizontale. On peut ainsi par exemple simuler la gravité lunaire ou marsienne.

• Un clinostat 3xD, ou « clinostat à deux axes » (ou RPM pour random positioning machine en anglais) permet de simuler un effet anti-gravitationnel dans toutes les directions.
  Ces machines se composent souvent de deux cadres, l'un placé à l'intérieur de l'autre, chacune tournant de façon indépendante à une certaine vitesse, permettant la rotation d'échantillons dans tous les plans. Certains de ces clinostats peuvent aussi fonctionnner comme un clinostat 2-D (0,1 à 20 rpm) ou inversement comme centrifugeuse (1 - 1,1 g).