Forskare har utvecklat en revolutionerande bildteknik som avslöjar den intrikata interna arkitekturen hos plankton, havens mikroskopiska kraftverk. Med ultrastruktur expansionmikroskopi visualiserade forskarna för första gången över 200 marina arter och kartlade evolutionära mönster i deras cellulära skelett. Detta arbete, som härstammar från ett samarbete under pandemin, startar en global atlas över planktondiversitet.
Plankton, som producerar en stor del av planetens syre och utgör basen i havets näringskedja, inkluderar tiotusentals olika arter, många ännu inte upptäckta. Protister, små encelliga organismer med betydande evolutionära roller, studerades tidigare främst genom genetiska data på grund av bildbegränsningar för deras komplexa interna strukturer.
Genombrottet började under COVID-19-pandemin när EMBL-gruppledaren Gautam Dey fick ett Zoom-samtal från sin samarbetspartner Omaya Dudin, då vid EPFL. Dudin hade anpassat expansionsmikroskopi för att tränga igenom de hårda cellväggarna hos Ichthyosporea, en marin protist relaterad till djur och svampar. Ursprungligen utvecklad vid MIT förfinades tekniken till ultrastruktur expansionsmikroskopi (U-ExM) av Paul Guichard och Virginie Hamel vid University of Geneva, vilket gör cellväggar permeabla för tydlig observation.
Denna framgång sporrade ett treårigt samarbete mellan Dey, Dudin, Guichard och Hamel. Kopplat till EMBL-ledda Traversing European Coastlines (TREC)-expeditionen undersökte deras forskning, publicerad i Cell den 1 november 2025 (DOI: 10.1016/j.cell.2025.09.027), över 200 planktonarter med fokus på eukaryoter.
Provtagning skedde vid Roscoff, Frankrikes Station Biologique de Roscoff, där teamet fick tillgång till mer än 200 arter, och i Bilbao, Spanien. "Vi spenderade tre dagar och nätter bara på att fixera de proverna. Det var en skattgömma vi inte kunde släppa", sa medförfattaren Felix Mikus, nu postdoc i Dudins lab vid University of Geneva.
Expansionsmikroskopi bäddar in prover i en gel som expanderar upp till 16 gånger samtidigt som den bevarar strukturer och kringgår ljusmikroskopins upplösningsgränser. "När den kombineras med vanliga ljusmikroskopmetoder gör expansionsmikroskopi det möjligt för forskare att kringgå de standard våglängdsbarriärer som begränsar hur liten en struktur kan lösas upp med ljusmikroskopi", sa Guichard och Hamel.
Studien kartlade cytoskelettet, inklusive mikrotubuli och centriner, över eukaryota grupper. "Vi kunde kartlägga egenskaper hos mikrotubuli- och centrinorganisation över många olika eukaryota grupper", förklarade medförfattaren Hiral Shah, en EIPOD postdoktoral fellow vid EMBL. Detta möjliggör evolutionära förutsägelser, såsom hos dinoflagellater.
"U-ExM transformerar hur vi utforskar protistultrastruktur", sa medförfattaren Armando Rubio Ramos vid University of Geneva. Resultaten broar molekylära data och fysisk organisation och antyder hur cellkomplexitet utvecklades.
Med ett bidrag på 2 miljoner CHF från Moore Foundation och Thomas Richards från Oxford University avancerar teamet PlanExM. "Våra äventyr med expansionsmikroskopi har bara börjat", sa Dey. "Nästa steg är att selektivt titta djupare in i vissa arter... såsom att förstå hur mitos och multicellularitet utvecklades", tillade Dudin.