生命科学
Life science
浮游植物平均比海水重5%~10%，这意味着如果它们想留在水面进行光合作用，就必须找到一种最佳的重力方式。2024年10月17日，Cell Press细胞出版社期刊Current Biology发表了题为“Inflation-induced motility for long-distance vertical migration”的新成果。
“我们决定研究那些似乎没有游泳附属器官就可以游泳的生物。”论文通讯作者、美国斯坦福大学海洋生物学家和生物工程师Manu Prakash说，“我们发现，这些夜光藻细胞就像小潜艇，可以精确地控制它们的密度，以便选择它们在水中的位置。”
▲长按识别二维码阅读论文
Prakash和斯坦福大学博士后Adam Larson，在夏威夷离岸水域的一艘研究船上偶然发现了夜光藻群，并意外地在捕捞网中发现了两种大小截然不同的藻类。“我们花了一段时间才弄清楚原因，我们录下了这些藻类大规模膨胀的视频。”Larson说，“它可能会突然发生，所以如果你在显微镜下睡10分钟，你就可能会错过。”
为了测试这种快速膨胀对浮游生物的影响，研究小组使用了他们的新型“重力机”。“重力机使我们能够在水柱中以亚细胞分辨率观察单个细胞。”Prakash说，“这有点像小鼠实验里的转轮，但只适用于单个细胞。它有餐盘那么大，可以旋转，所以细胞不知道自己在参照系中是否上升或下沉。”通过改变重力机内的水压和密度，该团队可以创造一个模拟海洋深度的虚拟现实环境。通过这台机器，研究小组发现，膨胀细胞的密度比周围的海水要小，这使它们能够漂向水面。
进一步的研究表明，这种膨胀是浮游生物细胞周期的自然组成部分。一旦单细胞浮游生物分裂成两个，一个叫做液泡的内部结构能使两个新细胞体积增长。这两个子细胞会充满较轻的淡水，向上漂动。“我们意识到，这是一种非常聪明的方法，实现在细胞分裂期间向上‘弹射’。那么，在正常时间会发生什么？细胞会制造大量的蛋白质，有大量的阳光，然后制造了大量的生物质，直到变重，下沉。然后，在更深的水域进行细胞分裂，循环往复。”Prakash说。
整个细胞周期大约需要7天，与浮游生物对光线和营养的垂直需求相吻合。Prakash说，“我认为这是我们第一次有明确的证据表明，作为控制细胞和细胞分裂基本机制的细胞周期，可能是由生态参数控制的。”
基于这些观点，研究团队使用理论框架发现驱动这种进化的基本限制是生态参数。“所有细胞都受到向下的引力，除非它们或后代进行反抗，否则它们将在引力拉扯中永远沉入海底。”该研究的联合第一作者、斯坦福大学博士后Rahul Chajwa说。现在，研究小组已经开发了一个数学框架，可以推广并应用于所有海洋浮游生物。
在未来的研究中，Prakash实验室将继续寻找浮游生物的秘密。“目前，我们的行为数据库中大约有600个物种，我们正在系统地测量各种机制。我们有一长串的生物要研究，因为海洋中生活着数百万种物种，这只是冰山一角。”
Prakash实验室的研究生李洪泉（音译）也是这项研究的作者之一。
相关论文信息
论文原文刊载于Cell Press细胞出版社旗下期刊Current Biology，点击“阅读原文”或扫描下方二维码查看论文
▌论文标题：
Inflation-induced motility for long-distance vertical migration
▌论文网址：
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0960982224012879
▌DOI：
https://doi.org/10.1016/j.cub.2024.09.046
▲长按图片识别二维码阅读原文
Cell Press Multi-Journal Submission（点击查看）的前身Cell Press Community Review模式于2021年推出。对于通过Cell Press Multi-Journal Submission“多刊审稿”模式投稿的作者，我们将提供稿件被多本期刊同时考虑的机会。超过80%通过Cell Press Multi-Journal Submission“多刊审稿”模式投稿的文章获得了至少一个或多个期刊的评审。
CellPress细胞出版社
推荐阅读
▲长按识别二维码关注细胞科学
