Dank einer neuen Technologie, die an der University of Exeter entwickelt wurde, können die Bewegungsmuster mikroskopisch kleiner Algen detaillierter als je zuvor kartiert werden, was neue Einblicke in die Gesundheit der Ozeane gibt.
Die neue Plattform ermöglicht es Wissenschaftlern, die Bewegungsmuster mikroskopisch kleiner Algen in noch nie dagewesenem Detail zu untersuchen. Die Erkenntnisse könnten Auswirkungen auf das Verständnis und die Verhinderung schädlicher Algenblüten sowie auf die Entwicklung von Algen-Biokraftstoffen haben, die eines Tages eine Alternative zu fossilen Brennstoffen darstellen könnten.
Mikroskopisch kleine Algen spielen eine Schlüsselrolle in Ozeanökosystemen, bilden die Grundlage aquatischer Nahrungsnetze und binden den größten Teil des Kohlenstoffs der Welt. Die Gesundheit der Ozeane hängt daher von der Aufrechterhaltung stabiler Algengemeinschaften ab. Es gibt zunehmend Bedenken, dass Änderungen in der Zusammensetzung der Ozeane, wie z. B. Versauerung, die Ausbreitung von Algen und die Zusammensetzung der Lebensgemeinschaft stören könnten. Viele Arten bewegen und schwimmen herum, um Lichtquellen oder Nährstoffe zu finden, um die Photosynthese zu maximieren.
Die neue Mikrofluidik-Technologie, deren Details jetzt in veröffentlicht wurden eLife, wird es Wissenschaftlern erstmals ermöglichen, einzelne Mikroalgen, die in Mikrotröpfchen schwimmen, einzufangen und abzubilden. Die hochmoderne Entwicklung hat es dem Team ermöglicht, zu untersuchen, wie mikroskopisch kleine Algen ihre Mikroumgebung erkunden, und ihr Verhalten langfristig zu verfolgen und zu quantifizieren. Wichtig ist, dass sie charakterisierten, wie sich Individuen voneinander unterscheiden und auf plötzliche Veränderungen in der Zusammensetzung ihres Lebensraums wie das Vorhandensein von Licht oder bestimmten Chemikalien reagieren.
Die Hauptautorin Dr. Kirsty Wan vom Living Systems Institute der University of Exeter sagte: „Diese Technologie bedeutet, dass wir jetzt unser Verständnis des Schwimmverhaltens für jeden mikroskopisch kleinen Organismus untersuchen und erweitern können, und zwar in Details, die zuvor nicht möglich waren. Dies wird helfen Wir verstehen, wie sie ihre Schwimmmuster und ihr Anpassungspotential an den zukünftigen Klimawandel und andere Herausforderungen kontrollieren.“
Insbesondere hat das Team entdeckt, dass das Vorhandensein von Grenzflächen mit starker Krümmung in Kombination mit dem mikroskopischen Korkenzieherschwimmen der Organismen eine makroskopische chirale Bewegung (immer im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn) induziert, die in der durchschnittlichen Flugbahn von Zellen zu sehen ist.
Die Technologie hat ein breites Anwendungsspektrum und könnte einen neuen Weg darstellen, nicht nur die Umweltintelligenz von Zellen, sondern auch komplexe Verhaltensmuster in jedem Organismus, einschließlich Tieren, zu klassifizieren und zu quantifizieren.
Dr. Wan fügte hinzu: „Letztendlich zielen wir darauf ab, Vorhersagemodelle für das Schwimmen und die Kultivierung von Mikroben- und Mikroalgengemeinschaften in jedem relevanten Lebensraum zu entwickeln, was zu einem tieferen Verständnis der gegenwärtigen und zukünftigen Meeresökologie führt. Die Kenntnis des detaillierten Verhaltens, das auf der Ebene einzelner Zellen auftritt, ist daher ein wesentlicher erster Schritt.“
Mehr Informationen:
Samuel A. Bentley et al, Phänotypisierung der Einzelzellmotilität in mikrofluidischer Beschränkung, eLife (2022). DOI: 10.7554/eLife.76519