อุปกรณ์ใหม่ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถศึกษาการย้ายถิ่นของแพลงตอนด้วยกล้องจุลทรรศน์ได้ดีขึ้น
นักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ดแห่งแคลิฟอร์เนียได้ออกแบบอุปกรณ์ที่หรูหราที่ช่วยให้พวกเขาดูแพลงตอนด้วยกล้องจุลทรรศน์สำรวจความลึกของมหาสมุทรโดยไม่ต้องใช้ชุดดำน้ำ!
คำว่า “แพลงตอน” มาจากภาษากรีกplanktosหมายถึงการล่องลอยหรือล่องลอย แต่แพลงก์ตอนไม่ได้เคลื่อนไหวอย่างไร้จุดหมายอย่างที่ชื่อของมันบอก ตัวอย่างเช่น ทุกวัน แพลงก์ตอนมีส่วนร่วมในการอพยพครั้งใหญ่ โดยมีสัตว์ทะเลตัวเล็ก ๆ นับล้านขึ้นสู่ผิวน้ำตอนพระอาทิตย์ตกดินและดำดิ่งสู่ส่วนลึกในเวลารุ่งสาง การเดินทางในแต่ละวันมีผลกระทบอย่างลึกซึ้งต่อชีวมณฑลของโลก การเคลื่อนไหวของแพลงตอนเป็นกุญแจสำคัญในกระบวนการขนส่งคาร์บอนไปยังมหาสมุทรลึกและควบคุมการไหลของสารอาหารในน้ำ
“แพลงก์ตอนทำให้โลกน่าอยู่ แทบไม่มีชีวิตในมหาสมุทรที่ไม่ขึ้นกับแพลงตอน และพวกมันมีความสำคัญอย่างมากต่อการอยู่รอดของมนุษย์” Susanne Menden-Deuer นักสมุทรศาสตร์และนักนิเวศวิทยาแพลงตอนจากมหาวิทยาลัยโรดไอส์แลนด์กล่าว ซึ่งไม่ได้เกี่ยวข้องกับการพัฒนาแพลงก์ตอน อุปกรณ์ใหม่ แต่เรารู้เพียงเล็กน้อยเกี่ยวกับการอพยพครั้งใหญ่ที่พวกเขาทำ หรือกลไกการเคลื่อนที่ของพวกมันในน้ำ เธอกล่าว
การติดตามสิ่งมีชีวิตในการเดินทางตามแนวตั้งอันยาวนานของพวกมันในแบบเรียลไทม์—ในแหล่งกำเนิดหรือในท่อยาวหนึ่งกิโลเมตรในห้องแล็บ—เป็นไปไม่ได้
Manu Prakash นักชีวเคมีแห่งสแตนฟอร์ดและผู้ร่วมงานของเขาพบวิธีแก้ปัญหาที่ชาญฉลาดที่ทำให้เป็นครั้งแรกในการติดตามและสังเกตการเคลื่อนไหวและพฤติกรรมที่ขับเคลื่อนการเดินทางในแนวดิ่งเหล่านี้
อธิบายในการศึกษาเมื่อเร็ว ๆ นี้วิธีแก้ปัญหาของพวกเขาซึ่งเรียกว่า Gravity Machine คือท่อรูปล้อที่เต็มไปด้วยน้ำซึ่งทำหน้าที่เป็นวงล้อหนูแฮมสเตอร์ที่ไม่มีที่สิ้นสุด สิ่งมีชีวิตว่ายน้ำภายในด้วยกล้องจุลทรรศน์เอียงตำแหน่งเพื่อสังเกตพวกมัน เมื่อ Gravity Machine หมุนตัว พวกมันจะเคลื่อนที่ราวกับว่ากำลังว่ายน้ำขึ้นหรือลงต้านกระแสน้ำ เช่นเดียวกับที่เคลื่อนตัวในมหาสมุทรภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วง
เครื่องมือนี้ยังช่วยให้นักวิจัยสามารถสร้างสภาพแวดล้อมเสมือนจริงสำหรับสิ่งมีชีวิตที่สามารถเปลี่ยนพารามิเตอร์ที่สำคัญ เช่น สภาพแสงได้ Deepak Krishnamurthy นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาและผู้เขียนนำของการศึกษากล่าว
ทีมงานได้ใช้อุปกรณ์นี้เพื่อตรวจสอบตัวอ่อนของแพลงก์ตอนของสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังในทะเลที่อยู่ด้านล่าง เช่น ดอลลาร์ทรายแปซิฟิก เม่นทะเลสีม่วง และดาวค้างคาว ซึ่งเป็นดาวทะเลชนิดหนึ่ง การสืบสวนของพวกเขาเปิดเผยว่าสิ่งมีชีวิตเหล่านี้ใช้เทคนิคการว่ายน้ำที่แตกต่างกันอย่างมากมาย
ความประหลาดใจที่ยิ่งใหญ่ที่สุด อ้างอิงจาก Krishnamurthy นั้นมาจากสายพันธุ์ไดอะตอม ซึ่งเป็นสาหร่ายเซลล์เดียวที่ไม่มีอวัยวะที่มองเห็นได้เพื่อช่วยในการว่ายน้ำ “ครู่หนึ่ง มันก็ลอยเหมือนฟองสบู่ และวินาทีต่อมามันก็จมลงเหมือนก้อนหิน” เขาเล่า
Nicole Poulton นักนิเวศวิทยาแพลงก์ตอนพืชที่ Bigelow Laboratory for Ocean Sciences ในรัฐเมนซึ่งไม่ได้เกี่ยวข้องกับการวิจัย กล่าวว่า Gravity Machine สามารถช่วยตรวจสอบสมมติฐานที่นักวิทยาศาสตร์มีเกี่ยวกับการอพยพของสิ่งมีชีวิตแพลงก์โทนิก ยิ่งไปกว่านั้น เธอเสริมว่า ยังช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถมองดูสิ่งมีชีวิตแต่ละชนิดและสังเกตพฤติกรรมของพวกมันในขณะที่เคลื่อนไหว ตัวอย่างเช่น การศึกษาพบว่าตัวอ่อนของค้างคาวไม่สามารถเคี้ยวอาหารขณะเคลื่อนที่ได้—พวกมันต้องหยุดว่ายน้ำเพื่อให้อาหาร
Poulton และ Menden-Deuer รู้สึกตื่นเต้นกับความเป็นไปได้ที่เครื่องมือนี้นำเสนอในการตรวจสอบตัวชี้นำที่ส่งผลต่อการเคลื่อนที่ของแพลงก์ตอน
“คุณสามารถเปิดและปิดสัญญาณเฉพาะ เช่น แสงหรือสารอาหาร และศึกษาว่าการตอบสนองจะเป็นอย่างไร การสังเกตการณ์แบบควบคุมในลักษณะนี้ในมหาสมุทรเปิดเป็นไปไม่ได้” Menden-Deuer กล่าว
การทำความเข้าใจว่าสิ่งมีชีวิตใช้สัญญาณประเภทใดจากสิ่งแวดล้อมและการตอบสนองของพวกมันอย่างไร จะช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถคาดการณ์ได้ว่าการย้ายถิ่นจะเกิดขึ้นเมื่อใดและที่ไหน
สำหรับส่วนของพวกเขา ทีมงานของ Prakash กำลังทำงานเพื่อเพิ่มสัญญาณด้านสิ่งแวดล้อมหรือสารเคมีที่สิ่งมีชีวิตในทะเลมักพบเจอเพื่อให้รู้สึกเหมือนอยู่บ้านในห้องทดลอง
