Para ilmuwan telah mengembangkan teknik pencitraan revolusioner yang mengungkap arsitektur internal rumit plankton, pembangkit daya mikroskopis lautan. Menggunakan mikroskopi ekspansi ultrastruktur, peneliti memvisualisasikan lebih dari 200 spesies laut untuk pertama kalinya, memetakan pola evolusi dalam kerangka seluler mereka. Karya ini, yang berasal dari kolaborasi era pandemi, meluncurkan atlas global keragaman plankton.
Plankton, yang menghasilkan bagian besar oksigen planet dan membentuk dasar rantai makanan lautan, mencakup puluhan ribu spesies beragam, banyak yang belum ditemukan. Protista, organisme bersel tunggal kecil dengan peran evolusi signifikan, sebelumnya dipelajari terutama melalui data genetik karena keterbatasan pencitraan pada struktur internal kompleks mereka.
Terobosan dimulai selama pandemi COVID-19 ketika Pemimpin Grup EMBL Gautam Dey menerima panggilan Zoom dari kolaborator Omaya Dudin, yang saat itu di EPFL. Dudin telah menyesuaikan mikroskopi ekspansi untuk menembus dinding sel yang keras dari Ichthyosporea, protista laut yang terkait dengan hewan dan jamur. Awalnya dikembangkan di MIT, teknik tersebut disempurnakan menjadi mikroskopi ekspansi ultrastruktur (U-ExM) oleh Paul Guichard dan Virginie Hamel di Universitas Jenewa, membuat dinding sel permeable untuk pengamatan yang jelas.
Kesuksesan ini mendorong kolaborasi tiga tahun di antara Dey, Dudin, Guichard, dan Hamel. Terikat dengan ekspedisi Traversing European Coastlines (TREC) yang dipimpin EMBL, penelitian mereka, yang diterbitkan di Cell pada 1 November 2025 (DOI: 10.1016/j.cell.2025.09.027), memeriksa lebih dari 200 spesies plankton, dengan fokus pada eukariota.
Pengambilan sampel terjadi di Roscoff, Station Biologique de Roscoff Prancis, di mana tim mengakses lebih dari 200 spesies, dan di Bilbao, Spanyol. "Kami menghabiskan tiga hari dan malam hanya untuk memperbaiki sampel-sampel itu. Ini adalah harta karun yang tidak bisa kami lepaskan," kata penulis pertama bersama Felix Mikus, sekarang postdoc di lab Universitas Jenewa milik Dudin.
Mikroskopi ekspansi menanamkan sampel dalam gel yang mengembang hingga 16 kali sambil mempertahankan struktur, melewati batas resolusi mikroskopi cahaya. "Ketika dikombinasikan dengan metode mikroskopi cahaya reguler, mikroskopi ekspansi memungkinkan ilmuwan untuk melewati hambatan panjang gelombang standar yang membatasi seberapa kecil struktur yang dapat dipecahkan menggunakan mikroskopi cahaya," kata Guichard dan Hamel.
Studi ini memetakan sitoskeleton, termasuk mikrotubulus dan sentrin, di seluruh kelompok eukariota. "Kami mampu memetakan fitur organisasi mikrotubulus dan sentrin di seluruh banyak kelompok eukariota yang berbeda," jelas penulis pertama bersama Hiral Shah, Fellow Postdoktorat EIPOD di EMBL. Ini memungkinkan prediksi evolusi, seperti pada dinoflagelata.
"U-ExM sedang mengubah cara kami mengeksplorasi ultrastruktur protista," kata penulis pertama bersama Armando Rubio Ramos dari Universitas Jenewa. Temuan ini menghubungkan data molekuler dan organisasi fisik, mengisyaratkan bagaimana kompleksitas seluler berevolusi.
Dengan hibah CHF 2 juta dari Moore Foundation dan Thomas Richards dari Universitas Oxford, tim memajukan PlanExM. "Petualangan kami dengan mikroskopi ekspansi baru dimulai," kata Dey. "Langkah selanjutnya adalah melihat lebih dalam secara selektif ke spesies tertentu... seperti memahami bagaimana mitosis dan multiseluleritas berevolusi," tambah Dudin.