La microscopía holográfica proporciona información sobre la vida del microplancton

microplancton
Una ilustración de microplancton en una solución. Los anillos redondos debajo del microplancton son los hologramas que se forman cuando el microplancton refracta la luz.

Más de la mitad de todo el oxígeno del mundo es producido por el fitoplancton en los océanos

Usando hologramas creados en microscopios digitales e interpretados usando inteligencia artificial (IA), los investigadores pueden seguir ahora por primera vez la vida del microplancton a nivel individual. El método es el resultado de un proyecto de investigación interdisciplinario en la Universidad de Gotemburgo.

El plancton es uno de los organismos más importantes de la Tierra. Más de la mitad de todo el oxígeno del mundo es producido por el fitoplancton en los océanos. Sin embargo, el conocimiento sobre estas formas de vida es limitado, principalmente debido a su tamaño.

"Hasta ahora teníamos que estudiar el microplancton a nivel de grupo, pero gracias a este nuevo microscopio holográfico basado en IA podemos puede ver cómo se mueven, comen, crecen y se reproducen los microplancton individuales", dice Erik Selander, biólogo marino de la Universidad de Gotemburgo.

La única manera de estudiar el microplancton a nivel individual

Erik Selander escuchó a Giovanni Volpe, profesor de física de la Universidad, hablar en una conferencia en 2019 sobre la nueva técnica en la que la luz refractada a través de una partícula crea un holograma que se puede estudiar en lugar de la partícula. Usando IA, los hologramas se pueden analizar a velocidades mucho más altas proporcionando más detalles y más finos. Luego, Selander y Volpe iniciaron un proyecto interdisciplinario que se centró en el microplancton.

"Tenemos una buena comprensión de quién come a quién y adónde van en el caso de organismos más grandes, como animales y aves que vemos todos los días. El método que hemos desarrollado es el único que funciona para estudiar organismos microscópicos a nivel individual", dice Giovanni Volpe.

holografía de microplancton

Imagen: Configuración experimental y análisis de datos de aprendizaje profundo

La IA hace que el método sea mucho más rápido

El método utiliza luz LED para analizar el microplancton en microscopios holográficos y esto asegura que los organismos no se vean afectados durante el proceso.

"Las células de microplancton que examinamos tienen solo unas pocas centésimas de milímetro de tamaño. Pero son tan numerosos que afectan a todo el ciclo del carbono del océano. En total, el microplancton unicelular absorbe aproximadamente tres veces más carbono que el que emitimos los humanos a partir de los combustibles fósiles. Ahora podemos obtener una comprensión detallada de estos procesos a nivel individual", dice Erik Selander.

El método de registrar la interacción luz-materia a través de cámaras digitales con la ayuda de un microscopio holográfico ha sido bien estudiado en el pasado. Pero gracias a la tecnología digital y la reciente revolución de la IA, este método se ha vuelto mucho más útil y el análisis es más fácil y rápido.

"Al combinar la microscopía holográfica con la IA, ahora podemos monitorear simultáneamente lo que sucede con una gran colección de células de microplancton a nivel de una sola célula, lo que antes era un desafío. Aunque la técnica se demuestra con microorganismos marinos, tiene un enfoque bastante universal y se puede aplicar a cualquier forma de vida microscópica. Y al encerrar las células en pozos de vidrio en miniatura, podemos seguir la dinámica de crecimiento y los comportamientos de natación de las células a lo largo de su ciclo de vida, de horas a días", dice Harshith Bachimanchi, estudiante de doctorado en física en la Universidad de Gotemburgo.

La microscopía holográfica también ofrece un método rápido y económico para contar, pesar y dimensionar células u otras partículas en una solución.

Este descubrimiento ha sido reportado en un artículo en la revista eLife: Microplankton life histories revealed by holographic microscopy and deep learning

Etiquetas: MicroscopíaHologramaFitoplancton

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