Jak maleńkie fitoplankton pokonują długie odległości w górę oceanu

To jest jedna z największych migracji na Ziemi: ogromna biomasa małych organizmów, które podróżują z głębin mórz ku powierzchni. Jednak nie wszystkie te organizmy mają kończyny, aby się wprawiać w ruch do góry. Jak więc niektóre z nich udają się na tak długą podróż, było dotąd zagadką. Teraz zespół badaczy pokazał, że jedna gatunek fitoplanktonu ma genialne rozwiązanie: pęcznienie do sześciokrotnie większego rozmiaru pierwotnego. 

Proces ten zmniejsza jego gęstość i pozwala mu unosić się do góry jak balon helowy - donoszą bioinżynier Manu Prakash i jego koledzy z Uniwersytetu Stanford w artykule publikowanym 17 października w Current Biology. "Pomóż nam się ulepszyć, biorąc udział w naszej 15-pytaniowej ankiecie dla czytelników." "To jest unikalne," mówi Andre Visser, oceanograf z Politechniki Danii w Kongens Lyngby. 

"Faktycznie przedstawili oni argument za nowatorskim sposobem, dzięki któremu te komórki mogą pozostać unoszone lub pozostać blisko powierzchni." Zespół zbierał próbki wody około 160 kilometrów od wybrzeża Hawajów, szukając i obserwując zachowanie Pyrocystis noctiluca. Te jednokomórkowe fitoplanktony o długości 1 milimetra, bardziej znane z bioluminescencji, odbywają podróż życia z około 125 metrów głębokości do około 50 metrów, gdzie jest więcej światła słonecznego, które potrzebują do fotosyntezy. 

Takie podróże dla fitoplanktonu mogą trwać dni, w przeciwieństwie do małych zwierząt, czyli zooplanktonu, które zwykle odbywają tę wędrówkę codziennie. W laboratorium zespół użył specjalnych mikroskopów, które umieszczały fitoplankton na rodzaju "bieżni hydrodynamicznej", aby odtworzyć ruch komórki wodnej w kolumnie wody. 

"To trochę jak maszyna rzeczywistości wirtualnej dla pojedynczych komórek," mówi Prakash. P. noctiluca jest gęstszy od wody morskiej i powinien opadać. Jednak na początku swojego cyklu życiowego, pęcznieje, zmniejszając swoją gęstość i unosi się w kolumnie wody, stwierdził zespół. Pod koniec swojego siedmiodniowego cyklu życiowego komórka zaczyna się dzielić na dwie córki, gdy opada. Po zakończeniu podziału, dwie nowo narodzone komórki napychają się wodą morską - pękając do sześciokrotnie większego rozmiaru pierwotnego w około 10 minut. I tak cykl zaczyna się od nowa. 

Badacze postulują, że komórka staje się mniej gęsta i bardziej pływająca, gdy białka aquaporinowe w komórce wydalają gęsty sól z napływającej wody morskiej. "W ten sposób masz dużo mniej gęstego materiału wpływającego do komórki, co sprawia, że może być ona mniej gęsta od otaczającej wody morskiej," mówi bioinżynier z Stanfordu, Adam Larson. Wapń w wodzie morskiej może odgrywać rolę w wywoływaniu i ułatwianiu tej transformacji, sugerują eksperymenty z użyciem wody morskiej z i bez wapnia. Pęcznienie nie tylko pomaga fitoplanktonowi unosić się. 

"Stanie się większą ma ogromne konsekwencje dla innych części ich życia," zauważa Visser. "Większe komórki mają tendencję do obniżania ryzyka drapieżnictwa. Jest mniej rzeczy, które mogą je zjeść." Pomaga to również w pobieraniu składników odżywczych i fotosyntezie: większa powierzchnia pozwala komórce uchwycić więcej światła słonecznego.