La microscopia olografica fornisce informazioni sulla vita del microplancton
Utilizzando ologrammi creati con microscopi digitali e interpretati utilizzando l’intelligenza artificiale (AI), per la prima volta i ricercatori possono ora seguire la vita del microplancton a livello individuale. Il metodo è il risultato di un progetto di ricerca interdisciplinare presso l’Università di Göteborg.
Il plancton è uno degli organismi più importanti sulla Terra. Più della metà di tutto l’ossigeno del mondo è prodotto dal fitoplancton negli oceani. Tuttavia, la conoscenza di queste forme di vita è limitata, principalmente a causa delle loro dimensioni.
“Finora ho dovuto studiare il microplancton a livello di gruppo, ma grazie a questo nuovo microscopio olografico basato sull’intelligenza artificiale posso vedere come i singoli microplancton si muovono, mangiano, crescono e si riproducono”, afferma Erik Selander, biologo marino dell’Università di Göteborg.
L’unico modo per studiare il microplancton a livello individuale
Erik Selander ha ascoltato Giovanni Volpe, Professore di Fisica all’Università, parlare a una conferenza nel 2019 sulla nuova tecnica in cui la luce rifratta attraverso una particella crea un ologramma che può essere studiato al posto della particella. Usando l’IA, gli ologrammi possono essere analizzati a velocità molto più elevate fornendo dettagli più dettagliati. Selander e Volpe hanno quindi avviato un progetto interdisciplinare mirato al microplancton.
“Abbiamo una buona comprensione di chi mangia chi e dove vanno nel caso di organismi più grandi come animali e uccelli che vediamo ogni giorno. Il metodo che abbiamo sviluppato è l’unico che funziona per studiare gli organismi microscopici a livello individuale”, afferma Giovanni Volpe.
L’IA rende il metodo molto più veloce
Il metodo utilizza la luce LED per analizzare il microplancton nei microscopi olografici e ciò garantisce che gli organismi rimangano inalterati durante il processo. Questa scoperta è stata riportata in un articolo sulla rivista eLife .
“Le cellule di microplancton che esaminiamo hanno una dimensione di pochi centesimi di millimetro. Ma sono così numerosi da influenzare l’intero ciclo del carbonio dell’oceano. In totale, il microplancton a cellula singola assorbe circa tre volte la quantità di carbonio che noi esseri umani emettiamo dai combustibili fossili. Ora siamo in grado di ottenere una comprensione dettagliata di questi processi a livello individuale”, afferma Erik Selander.
Il metodo di registrazione dell’interazione luce-materia attraverso fotocamere digitali con l’ausilio di un microscopio olografico è stato ben studiato in passato. Ma grazie alla tecnologia digitale e alla recente rivoluzione dell’IA, questo metodo è diventato molto più utile e l’analisi è più semplice e molto più veloce.
“Combinando la microscopia olografica con l’intelligenza artificiale, ora possiamo monitorare contemporaneamente ciò che sta accadendo con un’ampia raccolta di cellule di microplancton a livello di singola cellula, cosa che prima era una sfida. Sebbene la tecnica sia dimostrata con microrganismi marini, ha un approccio abbastanza universale e può essere applicata a qualsiasi forma di vita microscopica. E racchiudendo le cellule in pozzetti di vetro in miniatura, possiamo seguire le dinamiche di crescita e i comportamenti di nuoto delle cellule, durante tutto il loro ciclo di vita, da ore a giorni”, afferma Harshith Bachimanchi, studente di dottorato in fisica presso l’Università di Göteborg.
La microscopia olografica offre anche un metodo rapido ed economico per contare, pesare e dimensionare cellule o altre particelle in una soluzione.
Gli anelli rotondi sotto il microplancton sono gli ologrammi formati quando la luce viene rifratta dal microplancton.
CREDITO
Università di Göteborg