Kính Hiển Vi Giãn Nở Mở Ra Vũ Trụ Vô Hình Của Sinh Vật Phù Du Đại Dương

Việc áp dụng đột phá công nghệ kính hiển vi giãn nở (Expansion Microscopy – ExM) đã lần đầu tiên cho phép các nhà khoa học quan sát chi tiết cấu trúc bên trong của các loài sinh vật phù du đại dương, vốn đóng vai trò cực kỳ quan trọng đối với sự sống.

Những sinh vật siêu nhỏ này chính là động cơ vô hình thúc đẩy sự sống trên Trái Đất: chúng tạo ra một phần đáng kể lượng oxy chúng ta hít thở và hình thành nền tảng cơ bản của các hệ sinh thái biển.

Các nhà nghiên cứu đến từ Phòng thí nghiệm Sinh học Phân tử Châu Âu (EMBL) và Trường Bách khoa Liên bang Lausanne (EPFL) đã sử dụng phương pháp này. Công nghệ ExM có khả năng phóng đại mẫu vật vật lý lên đến 16 lần, qua đó hé lộ những điều trước đây không thể tiếp cận – kiến trúc nội bào của các sinh vật nguyên sinh biển, chẳng hạn như nhóm Ichthyosporea.

Làm Thế Nào Để Nhìn Thấy Cái Vô Hình

Trong một thời gian dài, các bức tường tế bào dày đặc của những sinh vật này đã cản trở công tác nghiên cứu chuyên sâu.

Tuy nhiên, sự hợp tác giữa các nhà khoa học tại EMBL và EPFL đã giúp vượt qua rào cản lớn này. Bằng cách sử dụng kỹ thuật kính hiển vi giãn nở, nhóm nghiên cứu đã thực sự mở rộng ranh giới của thế giới hữu hình, đồng thời bảo toàn độ chính xác về hình dạng và tỷ lệ của các cấu trúc tế bào.

Trong khuôn khổ chuyến thám hiểm Traversing European Coastlines (TREC), các nhà khoa học đã tiến hành lập bản đồ bộ khung tế bào (cytoskeleton), bao gồm các vi ống (microtubules) và trung thể (centrins), trên hơn 200 loài sinh vật phù du nhân chuẩn. Các mẫu vật này được thu thập tại khu vực bờ biển Roscoff, Pháp.

Bản Đồ Sự Sống Cấp Hành Tinh

Những phát hiện quan trọng này, được công bố trên tạp chí Cell, đã đặt nền móng vững chắc cho việc xây dựng một tập bản đồ sinh vật phù du toàn cầu. Mục tiêu của bản đồ này là tiết lộ sự đa dạng cấu trúc ẩn giấu của những cư dân siêu nhỏ trong lòng đại dương.

Việc tiếp cận bộ sưu tập vi sinh vật biển tại Trạm Sinh học Roscoff đóng vai trò then chốt trong thành công của nghiên cứu. Kỹ thuật hình ảnh hóa mới không chỉ cho phép chúng ta quan sát tổ chức tế bào, mà còn giúp truy tìm các mối liên hệ tiến hóa, từ tổ tiên đơn bào đến các dạng sống phức tạp hơn.

Bộ Khung Tế Bào: Khung Sườn Của Sự Sống

Nghiên cứu về bộ khung tế bào – mạng lưới khung sườn duy trì hình dạng của các tế bào nhân chuẩn – đã hỗ trợ việc lập bản đồ các biến thể trong cách tổ chức của nó. Kết quả đã chỉ ra cả những mô típ cấu trúc chung và độc đáo.

Phân tích chi tiết như vậy làm sâu sắc thêm sự hiểu biết về các nguyên tắc cơ bản trong tổ chức sự sống và hỗ trợ việc tái tạo lại quá trình tiến hóa của kiến trúc tế bào.

PlanExM – Dự Án Mở Rộng Giới Hạn Khoa Học

Công trình này là một phần của dự án PlanExM (Plankton Expansion Microscopy). Dự án đã nhận được nguồn tài trợ bổ sung để tiếp tục nghiên cứu sự tiến hóa của quá trình nguyên phân (mitosis) và sự chuyển đổi sang đa bào ở các sinh vật phù du.

PlanExM chứng minh rằng kính hiển vi giãn nở có thể trở thành một công cụ có tầm quan trọng tương đương với các dự án genomics về đa dạng sinh học. Nó cho phép kết hợp dữ liệu phân tử với sinh lý học tế bào chi tiết.

Việc nắm bắt được những cấu trúc tinh vi và các tương tác phức tạp này mở ra một chân trời mới trong sinh học tiến hóa – nơi sự phức tạp được sinh ra từ những dạng sống nhỏ bé nhất, đang rung động trong lòng đại dương sâu thẳm.

Hình ảnh: EMBL / EPFL / Scienmag / Cambridge University Press