Giống như những linh hồn đi qua giữa các thế giới, hàng tỷ sinh vật vô hình bay lên để gặp ánh sao, sau đó đi vào bóng tối lúc mặt trời mọc. Hành trình hàng ngày của sinh vật phù du siêu nhỏ giữa độ sâu và bề mặt đại dương nắm giữ chìa khóa để hiểu các quá trình quan trọng của hành tinh nhưng phần lớn vẫn là một bí ẩn cho đến nay.

Một kính hiển vi xoay mới do Stanford phát triển, được nêu trong một nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature Method, lần đầu tiên cung cấp khả năng theo dõi và đo lường các hành vi và quá trình phân tử của các vi sinh vật bí ẩn này khi chúng thực hiện trong quá trình di chuyển thẳng đứng hàng ngày.

Trên Trái đất, một nửa quá trình chuyển đổi cacbon thành các hợp chất hữu cơ xảy ra trong đại dương, với các sinh vật phù du thực hiện hầu hết công việc đó. Rất khó để nghiên cứu vai trò của những sinh vật nhỏ bé trong quá trình này, được gọi là cố định carbon và các chu trình hành tinh quan trọng khác trong cảnh quan phân tầng theo chiều dọc của đại dương, bao gồm độ sâu và quy mô thời gian rộng lớn.

Các cách tiếp cận thông thường để lấy mẫu sinh vật phù du tập trung vào các quần thể vi sinh vật lớn và thường thiếu khả năng phân tích để đo lường các hành vi và quá trình của từng sinh vật phù du trên các quy mô sinh thái. Do đó, chúng ta biết rất ít về các quá trình sinh học và phân tử ở quy mô cực nhỏ trong đại dương, chẳng hạn như cách sinh vật phù du cảm nhận và điều chỉnh độ sâu của chúng hoặc thậm chí cách chúng có thể lơ lửng trong nước mặc dù không có phần phụ hỗ trợ di chuyển.

Để thu hẹp khoảng cách, các nhà nghiên cứu đã phát triển một kính hiển vi theo dõi thẳng đứng dựa trên cái “máy chạy bộ thủy động lực học”. Ý tưởng liên quan đến một cái nhìn sâu sắc đơn giản nhưng tao nhã: một hình tròn cung cấp một vòng cột nước vô tận có thể được sử dụng để mô phỏng độ sâu đại dương.

Các sinh vật được tiêm vào khoang tròn chứa đầy chất lỏng này di chuyển tự do khi thiết bị theo dõi chúng và quay để thích ứng với chuyển động của chúng. Máy ảnh cung cấp hình ảnh màu có độ phân giải đầy đủ của sinh vật phù du và các sinh vật biển cực nhỏ khác vào máy tính để kiểm soát phản hồi vòng kín. Thiết bị này cũng có thể tái tạo các đặc điểm về độ sâu trong đại dương, chẳng hạn như cường độ ánh sáng, tạo ra cái mà các nhà nghiên cứu gọi là “môi trường thực tế ảo” cho các tế bào đơn lẻ.

Nhóm đã triển khai thiết bị để thử nghiệm hiện trường tại Trạm Hàng hải Stanford’s Hopkins ở Monterey, ở Puerto Rico và cả trên một tàu nghiên cứu ngoài khơi Hawaii. Kính hiển vi sáng tạo đã tiết lộ các hành vi khác nhau của vi sinh vật mà trước đây khoa học chưa biết đến.

Điều này có thể cho phép các nhà khoa học hiểu rõ hơn về đặc tính phân tán của những sinh vật độc đáo này trong đại dương. Thiết bị này cũng đã tiết lộ các hành vi bơi dọc của các sinh vật đơn bào như tảo hai lá ở biển, có thể cho phép các nhà khoa học liên kết những hành vi này với các hiện tượng sinh thái như tảo nở hoa.