Hur små fytoplankton vandrar långa sträckor uppåt i havet

Det är en av de mest massiva migrationerna på jorden: en enorm biomass av små plankton som rör sig från havets djup mot ytan. Ändå har inte alla av dessa organismer lemmar för att driva sig uppåt. Så hur några av dem lyckas genomgå en så lång resa har varit en gåta. Nu har ett team av forskare visat att en art av fytoplankton har en genial lösning: att svälla till sex gånger sin ursprungliga storlek. Processen minskar dess densitet och låter den flyta uppåt som en heliumballong, bioingenjör Manu Prakash och hans kollegor vid Stanford University rapporterar den 17 oktober i Current Biology. Hjälp oss att förbättra genom att delta i vår 15-frågors läsarundersökning. "Detta är unikt," säger Andre Visser, en oceanograf vid Technical University of Denmark i Kongens Lyngby. "De har faktiskt gjort en argumentation för ett nytt sätt där dessa celler faktiskt kan förbli flytande eller stanna nära ytan." Teamet samlade vattenprover cirka 160 kilometer utanför Hawaii-kusten, sökte och observerade beteendet hos Pyrocystis noctiluca. Dessa 1 millimeter långa encelliga fytoplankton, mer kända för sin bioluminiscens, gör en enkeltur från cirka 125 meters djup till cirka 50 meter, där det finns mer av den solljus som de behöver för fotosyntes. Sådana resor för fytoplankton kan ta dagar, till skillnad från de små djuren, eller zooplankton, som vanligtvis gör vandringen dagligen. I labbet använde teamet speciella mikroskop som satte fytoplanktonet på en sorts "hydrodynamisk löpband" för att återskapa rörelsen hos cellen som färdas upp i vattenkolonnen. "Det här är lite som en virtuell verklighetsmaskin för enskilda celler," säger Prakash. P. noctiluca är tätare än saltvatten och borde sjunka. Men i början av sin livscykel sväller den, minskar sin densitet och färdas upp i vattenkolonnen, fann teamet. I slutet av sin sjudagars livscykel börjar cellen sedan att dela sig i två dotterceller när den sjunker. När uppdelningen är klar, fyller de två nyfödda cellerna sig med saltvatten - sväller till sex gånger sin ursprungliga storlek på cirka 10 minuter. Och så börjar cykeln igen. Forskarna hypotiserar att cellen blir mindre tät och mer flytande när akvaporinproteiner i cellen filtrerar ut tät salt från det inkommande saltvattnet. "På detta sätt kan du ha mycket mindre tät materiel som strömmar in i cellen, vilket gör det möjligt att vara mindre tät än det omgivande saltvattnet," säger Stanford bioingenjör Adam Larson. Kalcium i saltvattenet kan spela en roll för att utlösa och möjliggöra den transformationen, experiment med saltvatten med och utan kalcium antyder. Inflation hjälper inte bara fytoplanktonet att stiga. "Att bli stor har faktiskt enorma konsekvenser för andra delar av deras liv," noterar Visser. "Större celler tenderar att ha lägre predationrisk. Det finns färre saker som kan äta dem." Det hjälper också med näringsupptag och fotosyntes: En större yta låter cellen fånga mer solljus.