Новый способ изучения океанической жизни: вертикальный микроскоп-трекер

Исследователи из Стэнфорда разработали новый вращающийся микроскоп, который впервые позволяет отслеживать поведение и молекулярные процессы отдельных микроскопических планктонных организмов во время их ежедневных вертикальных миграций в океане. Исследование опубликовано 17 августа в Nature Methods.

Проблема изучения планктона

Планктон выполняет основную работу по фиксации углерода в океане, на которую приходится половина всего преобразования углерода в органические соединения на Земле. Однако из-за огромных вертикальных масштабов океана и ограничений традиционных методов отбора проб о микромасштабных биологических процессах, таких как регуляция глубины, известно крайне мало.

Принцип работы устройства

Устройство, названное «гидродинамической беговой дорожкой», использует кольцевую камеру, заполненную водой. Эта геометрия создает бесконечный водяной столб, имитирующий глубины океана. Микроорганизмы свободно перемещаются в камере, а система с камерой и компьютерным управлением отслеживает их и вращается, компенсируя их движение. Устройство также может воссоздавать характеристики глубины, такие как интенсивность света, создавая «среду виртуальной реальности» для отдельных клеток.

Результаты полевых испытаний

Прибор уже протестирован на морской станции Стэнфорда в Монтерее, в Пуэрто-Рико и на исследовательском судне у побережья Гавайев. Он выявил ранее неизвестные формы поведения:

• Личинки морских обитателей (морская звезда-летучая мышь, морской огурец, песочный доллар) используют различные методы передвижения: от парения до изменения биения ресничек и «мигания».
• Наблюдалось вертикальное плавание динофлагеллят, что может помочь в изучении экологических явлений, таких как цветение водорослей.
• В Пуэрто-Рико зафиксировано загадочное поведение диатомовой водоросли (микроорганизм без плавательных appendages), которая неоднократно меняла свою плотность, чтобы тонуть и подниматься в воде.

Будущее разработки

Междисциплинарная команда лаборатории Пракаша работает над расширением возможностей микроскопа, чтобы виртуально воссоздавать все физические параметры, которые испытывает организм при погружении, включая химические сигналы и гидростатическое давление.

«Это совершенно новый способ изучения жизни в океане», — сказал ведущий автор исследования, аспирант по механической инженерии Стэнфорда Дипак Кришнамурти.

«Это открывает научные возможности, о которых мы до сих пор только мечтали», — отметил старший автор работы, доцент биоинженерии Стэнфорда Ману Пракаш.