Neue Mikroskopiemethode kann dabei helfen, Planktonproben schärfer zu fokussieren

Eine von EMBL-Wissenschaftlern entwickelte neue Methode kann uns dabei helfen, Planktonarten in Feldproben schneller, genauer und hochauflösender als je zuvor zu identifizieren und zu untersuchen.

Das Bild oben zeigt eine Planktonart – meist einzellige Organismen, von denen Milliarden in den Weltmeeren treiben. Photosynthetisierendes Plankton produziert einen Großteil des Sauerstoffs, den wir atmen, und bindet dabei CO2 aus der Atmosphäre. Plankton bildet auch die Basis der Nahrungspyramide der Ozeane und erhält die komplexen Nahrungsnetze der Ozeane aufrecht.

Zu wenige davon und das Leben, wie wir es kennen, würden zusammenbrechen. Zu viel Plankton in einigen giftigen „Blüten“ kann ebenfalls schädlich sein und verheerende Auswirkungen auf die Ökosysteme der Ozeane haben. Angesichts des lebenserhaltenden Gewichts dieser mikroskopisch kleinen Schwimmer und des empfindlichen Gleichgewichts ihrer Populationsdynamik ist es überraschend, wie wenig wir über sie wissen.

Ein Forscherteam um Paolo Ronchi und Yannick Schwab vom EMBL Heidelberg hat kürzlich eine Methode entwickelt, die uns helfen könnte, diese Organismen in freier Wildbahn genau zu identifizieren und zu untersuchen. Indem sie die Proben bei hohem Druck in der Nähe des Ozeans einfrieren und dann eine Kombination aus Licht- und Elektronenmikroskopie verwenden, zeigen sie, wie wir im Feld gesammeltes Plankton in seinem natürlichen Zustand untersuchen können.

Die Studie wird im veröffentlicht Zeitschrift für Zellwissenschaft.

Ozeanische Proben enthalten typischerweise Hunderte von Arten, von denen jedoch nur wenige im Labor überleben. Bei der neuen Methode richten die Forscher die Feldproben zunächst so auf, dass sie sowohl für die Licht- als auch für die Elektronenmikroskopie optimiert sind, indem sie sie zunächst mit Licht unterschiedlicher Wellenlänge bestrahlen, um durch konfokale Mikroskopie fluoreszierende Zellen sichtbar zu machen. Dies gibt einen umfassenden Überblick über die Vielfalt der Zellen in ihrer Sammlung.

Sobald sie eine Zelle von Interesse entdecken, greifen die Forscher auf leistungsfähigere, aber zeitaufwändigere Werkzeuge wie die Volumenelektronenmikroskopie zurück. Dies enthüllt den dreidimensionalen Aufbau des Organismus und ermöglicht es den Forschern, die Probe korrekt zu identifizieren und neue biologische Beobachtungen zu machen. Diese Methode, die als gezielte volumenkorrelative Licht- und Elektronenmikroskopie (vCLEM) bezeichnet wird, stellt einen großen Fortschritt in unserer Fähigkeit dar, die Ultrastruktur von Plankton und anderen einzelligen Organismen zu untersuchen.

Auf dem Bild können Sie die feinen Details des Phytoplanktons Ensiculifera tyrrhenica sehen, die mit dieser Methode sichtbar werden, einschließlich ihrer schützenden Hülle, genannt Theca (metallisches Lila), energieproduzierenden Mitochondrien (grün), photosynthetisierenden Chloroplasten (rot) und Zellkern (blau). , Proteinsortierstation namens Golgi-Komplex (gelb), sekretorische Organellen namens Mukozysten (orange) und Abwehrorganellen namens Trichozysten (rosa und magenta).

Die Forscher planen, diese Technik auf Proben der TREC-Expedition anzuwenden, deren Ziel es ist, die Artenvielfalt entlang der europäischen Küste sowie ihre Wechselwirkungen mit der Umwelt zu dokumentieren.

„Es ist eine vielversprechende Methode, um die heterogenen Mischungen, die in freier Wildbahn gesammelt werden, zu verstehen“, sagte Paolo Ronchi, Wissenschaftler in der Electron Microscopy Core Facility (EMCF) des EMBL.

Das fortschrittliche mobile Labor (AML), das die Expedition unterstützt, ist mit einem Hochdruckgefrierschrank und anderer Spitzentechnologie ausgestattet, die dazu beitragen soll, das Leben an der Küste in den Fokus zu rücken.

„Um Feldproben in einem so frischen Zustand zu erfassen, ist die Nähe zwischen der Maschine und der Probe erforderlich. Das AML ermöglicht dies“, sagte Yannick Schwab, Teamleiter und Leiter von EMCF.