科学者たちは、海洋の微小なパワーハウスであるプランクトンの複雑な内部構造を明らかにする革新的な画像化技術を開発した。超微細構造拡張顕微鏡を使用し、研究者たちは200種以上の海洋生物を初めて可視化し、細胞骨格における進化パターンをマッピングした。この仕事は、パンデミック時代の協力から生まれ、プランクトン多様性のグローバルアトラスを立ち上げる。
プランクトンは、地球の酸素の大部分を生産し、海洋食物連鎖の基盤を形成するもので、数十万種の多様な種を含み、その多くはまだ発見されていない。進化的に重要な役割を果たす微小な単細胞生物である原生生物は、以前は複雑な内部構造の画像化制限により、主に遺伝子データを通じて研究されていた。
このブレークスルーは、COVID-19パンデミック中にEMBLグループリーダーのGautam Deyが、当時EPFLにいた協力者のOmaya DudinからZoom電話を受けたことから始まった。Dudinは、動物と菌類に関連する海洋原生生物Ichthyosporeaの頑丈な細胞壁を貫通するための拡張顕微鏡を適応させた。元々MITで開発されたこの技術は、ジュネーブ大学のPaul GuichardとVirginie Hamelによって超微細構造拡張顕微鏡（U-ExM）に洗練され、細胞壁を透過性にし、明確な観察を可能にした。
この成功は、Dey、Dudin、Guichard、Hamelによる3年間の協力を促進した。EMBL主導のTraversing European Coastlines（TREC）探検に関連し、彼らの研究は2025年11月1日にCellに掲載（DOI: 10.1016/j.cell.2025.09.027）され、200種以上のプランクトンを調べ、真核生物に焦点を当てた。
サンプリングは、フランスのRoscoffにあるStation Biologique de RoscoffとスペインのBilbaoで行われ、チームは200種以上にアクセスした。「私たちは3日3晩をそのサンプルの固定に費やした。これは見逃せない宝の山だった」と、共同筆頭著者のFelix Mikusは語った。彼は現在、Dudinのジュネーブ大学ラボでポスドクを務めている。
拡張顕微鏡は、サンプルを最大16倍に拡張するゲルに埋め込み、構造を保持しながら、光学顕微鏡の解像度限界を回避する。「通常の光学顕微鏡法と組み合わせることで、拡張顕微鏡は、光学顕微鏡で解決可能な構造の最小サイズを制限する標準的な波長障壁を回避できる」とGuichardとHamelは述べた。
この研究は、微小管とセントリンを含む細胞骨格を、真核生物グループ全体でマッピングした。「私たちは多くの異なる真核生物グループにわたる微小管とセントリンの組織化の特徴をマッピングできた」と、共同筆頭著者のHiral Shahは説明した。彼女はEMBLのEIPODポスドクフェローである。これにより、進化予測が可能になり、例えば渦鞭毛藻でそれが可能になる。
「U-ExMは原生生物の超微細構造を探求する方法を変革している」と、共同筆頭著者のArmando Rubio Ramos（ジュネーブ大学）は述べた。この発見は分子データと物理的組織を橋渡しし、細胞複雑性がどのように進化したかを示唆している。
Moore Foundationからの200万スイスフラン助成金とオックスフォード大学のThomas Richardsの支援で、チームはPlanExMを推進する。「拡張顕微鏡との冒険はまだ始まったばかりだ」とDeyは語った。「次のステップは特定の種に選択的に深く掘り下げること...例えば有糸分裂と多細胞性がどのように進化したかを理解することだ」とDudinは付け加えた。