微小的浮游植物如何在海洋中長途跋涉向上

這是地球上最大規模的遷徙之一：大量微小浮游生物從海洋深處向海面遷移。然而，並非所有這些生物體都有四肢來推動自己向上。因此，他們中的一些人如何能夠經歷如此漫長的旅程一直是個謎。

現在，一組研究人員證明，一種浮游植物有一個巧妙的解決方案：膨脹至原來大小的六倍。斯坦福大學生物工程師馬努·普拉卡什 (Manu Prakash) 和他的同事於 10 月 17 日在《科學》雜誌上報告稱，這一過程降低了其密度，使其能夠像氦氣球一樣向上漂浮。現代生物學。

“這是獨一無二的，”孔恩斯林比丹麥技術大學的海洋學家安德烈·維瑟 (Andre Visser) 說。 “他們實際上已經提出了一種新穎的方法，使這些細胞實際上可以保持浮力或停留在表面附近。”

研究小組在距夏威夷海岸約160公里處採集了水樣，尋找並觀察了夜光火囊藻。這些 1 毫米長的單細胞浮游植物以其生物發光而聞名，它們一生只有一次從約 125 米深到約 50 米的深度，在那裡它們需要更多的陽光來進行光合作用。這樣的浮游植物的旅程可能需要幾天的時間與通常每天長途跋涉的小型動物或浮游動物不同。

在實驗室中，研究小組使用特殊顯微鏡將浮游植物放在一種“流體動力跑步機”上，以重現細胞在水柱中向上移動的運動。 “這有點像單細胞的虛擬現實機器，”普拉卡什說。

夜光藻比海水密度大，應該下沉。但研究小組發現，在其生命週期的開始階段，它會膨脹，密度降低並沿水柱向上移動。在 7 天的生命週期結束時，細胞在下沉時開始分裂成兩個子細胞。分裂完成後，兩個新生細胞會充滿海水而膨脹，在大約 10 分鐘內膨脹到原來大小的六倍。如此循環又開始了。

研究人員推測，當細胞中的水通道蛋白從進入的海水中過濾掉濃密的鹽時，細胞的密度會降低，浮力會增強。斯坦福大學生物工程師 Adam Larson 說：“通過這種方式，可以讓密度低得多的物質湧入細胞，使其密度低於周圍的海水。”

使用含鈣和不含鈣的海水進行的實驗表明，海水中的鈣可能在觸發並使這種轉變成為可能方面發揮著作用。

通貨膨脹不僅有助於浮游植物的增加。 “變大實際上會對他們生活的其他部分產生巨大的影響，”維瑟指出。 “細胞越大，被捕食的風險就越低。能吃掉它們的東西就越少。”它還有助於營養吸收和光合作用：更大的表面可以讓細胞捕獲更多的陽光。