Door Belana van Wijngaarden - FOTO: PRAKASH LAB STANFORD UNIVERSITY - 25-10-2024 - Celbiologie
De eencellige alg Pyrocystis noctiluca pompt zich via een nieuw ontdekt mechanisme op als een ballon en ontsnapt daarmee tijdelijk aan de zwaartekracht.
De zoutwateralg Pyrocystis noctiluca kan zich oppompen tot wel zes keer zijn standaardgrootte, wat de eencellige in staat stelt om de opmerkelijke reis te maken van de diepte van de oceaan naar de bovenste waterlaag, en weer terug. Dat concluderen Amerikaanse onderzoekers 17 oktober in Current Biology.
P. noctiluca behoort tot het fytoplankton: microscopisch kleine organismen die voor het verkrijgen van energie afhankelijk zijn van fotosynthese. Het beweegt zich in een cyclus voortdurend tussen het door de zon verlichte oppervlaktewater en de voedingsrijke diepere oceaanlagen. Hoe de alg deze verticale migratie uitvoert, bleef lang een mysterie. P. noctiluca heeft geen tril- of zweepharen, die andere organismen gebruiken om te zwemmen. Daarbij zijn fytoplanktoncellen gemiddeld 5 tot 10 procent zwaarder dan zeewater, wat betekent dat deze eencelligen een creatieve oplossing moeten vinden om aan de oppervlakte te blijven voor fotosynthese. ‘Zoetwaterblauwalgen lossen dit bijvoorbeeld op door gasblaasjes aan te maken in de cel voor drijfvermogen en koolhydraten op te slaan als ballast om te zinken’, vertelt marien ecoloog Jef Huisman van de Universiteit van Amsterdam, niet betrokken bij deze studie. Hoewel wetenschappers al langer suggereren dat ook P. noctiluca zijn interne dichtheid kan reguleren, vinden de Amerikaanse onderzoekers hier pas recent bewijs voor, wanneer ze voor de kust van Hawaï op een bloei van deze soort stuiten.
Oppompen
Binnen die algenbloei treffen de onderzoekers twee verschillende groottes van P. noctiluca aan. Ze kunnen dit fenomeen pas verklaren wanneer opgenomen videomateriaal laat zien hoe de eencelligen zich kort na de celdeling binnen enkele minuten enorm oppompen, tot wel zes keer de oorspronkelijke grootte. Om deze snelle groei verder te bestuderen, bootst het Amerikaanse team de omgevingsfactoren van de verschillende oceaanlagen na in het lab. Ze ontdekken hierbij dat het oppompen de dichtheid van de cellen verlaagt, waardoor ze richting het oppervlak drijven.
Indrukwekkend
‘De combinatie van methodes die de onderzoekers gebruiken bij hun ontdekking is indrukwekkend’, aldus Huisman. ‘Ze laten bovendien zien dat P. noctiluca genen bezit voor de aanmaak van moleculaire waterkanalen, en ze tonen aan dat de enorme toename in celgrootte wordt veroorzaakt door een snelle expansie van de vacuole van de cel, waarschijnlijk doordat gedeïoniseerd water de vacuole binnenstroomt.’ Omdat puur water lichter is dan zeewater, drijven de dochtercellen naar het oppervlakte, richting het licht. Daar produceren ze extra biomassa, totdat ze zo zwaar zijn dat ze weer zinken en zich weer delen.
Huisman merkt op dat het onderzoek nog wel wat losse eindjes heeft. ‘Waarom het water de vacuole instroomt, is niet helemaal duidelijk. De auteurs speculeren dat de cellen de osmotische waarde in hun vacuole sterk verhogen, maar welke moleculen hierbij betrokken zijn is nog niet opgehelderd.’ De toename in drijfvermogen dat het Amerikaanse team beschrijft voor P. noctiluca , werkt volgens Huisman niet alleen totaal anders dan dat van de blauwalg, maar ook vele malen sneller. ‘Het is echt een uniek mechanisme, prachtig werk!’
Pyrocystis noctiluca algen pompen zich voor hun migratie op van standaardgrootte (links) tot een zesvoud daarvan (rechts).