微小的浮游植物如何在海洋中长途跋涉向上

这是地球上最大规模的迁徙之一：大量微小浮游生物从海洋深处向海面迁移。然而，并非所有这些生物体都有四肢来推动自己向上。因此，他们中的一些人如何能够经历如此漫长的旅程一直是个谜。

现在，一组研究人员证明，一种浮游植物有一个巧妙的解决方案：膨胀至原来大小的六倍。斯坦福大学生物工程师马努·普拉卡什 (Manu Prakash) 和他的同事于 10 月 17 日在《科学》杂志上报告称，这一过程降低了其密度，使其能够像氦气球一样向上漂浮。现代生物学。

“这是独一无二的，”孔恩斯林比丹麦技术大学的海洋学家安德烈·维瑟 (Andre Visser) 说。 “他们实际上已经提出了一种新颖的方法，使这些细胞实际上可以保持浮力或停留在表面附近。”

研究小组在距夏威夷海岸约160公里处采集了水样，寻找并观察了夜光火囊藻。这些 1 毫米长的单细胞浮游植物以其生物发光而闻名，它们一生只有一次从约 125 米深到约 50 米的深度，在那里它们需要更多的阳光进行光合作用。这样的浮游植物的旅程可能需要几天的时间与通常每天长途跋涉的小型动物或浮游动物不同。

在实验室中，研究小组使用特殊显微镜将浮游植物放在一种“流体动力跑步机”上，以重现细胞在水柱中向上移动的运动。 “这有点像单细胞的虚拟现实机器，”普拉卡什说。

夜光藻比海水密度大，应该下沉。但研究小组发现，在其生命周期的开始阶段，它会膨胀，密度降低并沿水柱向上移动。在 7 天的生命周期结束时，细胞在下沉时开始分裂成两个子细胞。分裂完成后，两个新生细胞会充满海水而膨胀，在大约 10 分钟内膨胀到原来大小的六倍。如此循环又开始了。

研究人员推测，当细胞中的水通道蛋白从进入的海水中过滤掉浓密的盐时，细胞的密度会降低，浮力会增强。斯坦福大学生物工程师 Adam Larson 说：“通过这种方式，可以让密度低得多的物质涌入细胞，使其密度低于周围的海水。”

使用含钙和不含钙的海水进行的实验表明，海水中的钙可能在触发并使这种转变成为可能方面发挥着作用。

通货膨胀不仅有助于浮游植物的增加。 “变大实际上会对他们生活的其他部分产生巨大的影响，”维瑟指出。 “细胞越大，被捕食的风险就越低。能吃掉它们的东西就越少。”它还有助于营养吸收和光合作用：更大的表面可以让细胞捕获更多的阳光。