La microscopia ad espansione svela l'universo invisibile del plancton oceanico

Una pionieristica applicazione della Microscopia ad Espansione (Expansion Microscopy) ha permesso per la prima volta di esaminare in dettaglio la complessa struttura interna di specie di plancton oceanico cruciali per la vita sul nostro pianeta.

Questi organismi microscopici rappresentano i motori invisibili della vita terrestre: sono responsabili della produzione di una porzione significativa dell'ossigeno che respiriamo e costituiscono la base fondamentale degli ecosistemi marini globali.

I ricercatori del Laboratorio Europeo di Biologia Molecolare (EMBL) e della Scuola Politecnica Federale di Losanna (EPFL) hanno impiegato questa tecnica innovativa, che espande fisicamente i campioni fino a 16 volte. Ciò ha reso accessibile ciò che prima era invisibile: l'architettura interna delle cellule di protisti marini, come gli Ichthyosporea.

Come si rende visibile l'invisibile

Le pareti cellulari dense di questi organismi avevano a lungo ostacolato l'indagine scientifica. Tuttavia, la collaborazione tra gli scienziati dell'EMBL e dell'EPFL ha consentito di superare efficacemente tale ostacolo.

Sfruttando la metodologia della microscopia ad espansione, il team ha letteralmente ampliato i confini del mondo visibile, mantenendo intatta la precisione della forma e delle proporzioni delle strutture cellulari esaminate.

Nel corso della spedizione denominata Traversing European Coastlines (TREC), gli studiosi hanno proceduto alla mappatura del citoscheletro, includendo i microtubuli e le centrine, in oltre 200 specie di plancton eucariotico. Questi campioni sono stati raccolti specificamente al largo della costa di Roscoff, in Francia.

Un atlante planetario della vita

I risultati ottenuti, pubblicati sulla prestigiosa rivista Cell, costituiscono la base per la creazione di un atlante globale del plancton. Questo strumento è destinato a svelare la diversità strutturale latente degli abitanti microscopici degli oceani.

Un ruolo fondamentale in questa impresa è stato giocato dall'accesso alla vasta collezione di microrganismi marini custodita presso la Stazione di Biologia di Roscoff. Questa nuova capacità di visualizzazione non si limita a mostrare l'organizzazione cellulare, ma permette anche di tracciare le connessioni evolutive che collegano gli antenati unicellulari alle forme di vita più complesse.

L'analisi approfondita del citoscheletro — la rete strutturale che conferisce forma e supporto alle cellule eucariotiche — ha facilitato la mappatura delle variazioni nella sua organizzazione. Sono stati identificati sia motivi strutturali comuni che elementi unici. Tale analisi è cruciale per approfondire la comprensione dei principi fondamentali che governano l'organizzazione della vita e per ricostruire l'evoluzione dell'architettura cellulare.

PlanExM: un progetto che espande la scienza

Questo lavoro si inserisce nel contesto del progetto PlanExM (Plankton Expansion Microscopy), il quale ha già ottenuto finanziamenti aggiuntivi per proseguire lo studio dell'evoluzione della mitosi e del passaggio alla multicellularità negli organismi planctonici.

PlanExM dimostra che la microscopia ad espansione ha il potenziale per diventare uno strumento di rilevanza paragonabile ai progetti di genomica della biodiversità, consentendo di integrare i dati molecolari con una fisiologia cellulare estremamente dettagliata.

La comprensione di queste strutture sottili e delle loro interazioni dischiude un nuovo orizzonte nella biologia evolutiva, proprio dove la complessità emerge dalle forme di vita più minute che pulsano nelle profondità oceaniche.

Crediti Immagini: EMBL / EPFL / Scienmag / Cambridge University Press