Hologram ger ny inblick i planktonens liv

Plankton är några av jordens viktigaste biologiska organismer. Över hälften av allt syre produceras av växtplankton i haven. Ändå är kunskapen om dessa livsformer begränsad, främst på grund av dess storlek.

– Fram tills nu har jag fått studera plankton på gruppnivå, men tack vare de nya holografiska mikroskopen kan jag se hur den enskilda planktoncellen rör sig, äter, växer och förökar sig, säger marinbiologen Erik Selander vid Göteborgs universitet.

Enda sättet att studera på individnivå

Under en konferens 2019 hörde han Giovanni Volpe, professor i fysik, prata om den nya tekniken där ljus som bryts genom en partikel skapar ett hologram som kan studeras i stället för partikeln. Med hjälp av artificiell intelligens kan hologrammen filtreras till olika datamängder. De två forskarna startade därför ett tvärvetenskapligt projekt som tog sikte på plankton.

– Vi har en bra förståelse vem som äter vem och vart de tar vägen när det gäller större organismer som djur och fåglar som vi ser varje dag. Den här metoden som vi har utvecklat är det enda sättet som fungerar för att studera mikroskopiska organismer på individnivå, säger Giovanni Volpe.

AI gör metoden mycket snabbare

Metoden använder LED-ljus för att analysera plankton i hologram-mikroskopen. Det gör att organismerna förblir opåverkade under processen.

– Planktoncellerna vi undersöker är bara några tusendels millimeter stora. Men de är så talrika att de påverkar hela kolcykeln i havet. Totalt äter encelliga plankton cirka tre gånger så mycket kol som vi människor släpper ut från fossila bränslen. Nu kan vi få en detaljrik förståelse på individnivå för de här processerna, säger Erik Selander.

Metoden att reflektera ljus genom materia på en mottagande yta är gammal. Men tack vare digital teknik blir metoden mer användbar och tillsammans med artificiell intelligens, AI, blir analysen lättare och mycket snabbare.

– Med AI kan vi följa det som händer i realtid och med en digital kamera på den mottagande ytan kan vi följa flera plankton genom hela deras livscykel, om vi skulle önska, säger Harshith Bachimanchi, doktorand i fysik vid Göteborgs universitet.

Vetenskaplig artikel:

Microplankton life histories revealed by holographic microscopy and deep learning, eLife .

Kontakt:

Giovanni Volpe, professor på institutionen för fysik vid Göteborgs universitet, giovanni.volpe@physics.gu.se

Harshith Bachimanchi, doktorand på institutionen för fysik vid Göteborgs universitet, harshith.bachimanchi@physics.gu.se

Erik Selander, forskare på institutionen för marina vetenskaper vid Göteborgs universitet, erik.selander@marine.gu.se