Como espa­ritos passando entre os mundos, bilhaµes de seres invisa­veis se erguem para encontrar a luz das estrelas e então descem para a escurida£o ao nascer do sol. A jornada dia¡ria do pla¢ncton microsca³pico entre as profundezas e asuperfÍcie do oceano contanãm a chave para a compreensão dos processos planetarios cruciais, mas permaneceu em grande parte um mistério atéagora. Um novo microsca³pio rotativo desenvolvido por Stanford, delineado em um estudo  publicado em 17 de agosto na Nature Methods , oferece pela primeira vez uma maneira de rastrear e medir o comportamento e os processos moleculares desses microrganismos enigma¡ticos conforme eles realizam em suas migrações verticais dia¡rias.

“Esta éuma maneira completamente nova de estudar a vida no oceano”, disse o primeiro autor do estudo, Deepak Krishnamurthy, um estudante de PhD em engenharia meca¢nica em Stanford.

A inovação pode fornecer uma nova janela para a vida secreta dos organismos e ecossistemas oceânicos, disse o autor saªnior do estudo Manu Prakash , professor associado de bioengenharia em Stanford. “Abre possibilidades cienta­ficas com as quais apenas sonha¡vamos atéagora.”

Na Terra, metade de toda a conversão de carbono em compostos orga¢nicos ocorre no oceano, com o pla¢ncton fazendo a maior parte desse trabalho. O papel descomunal das minaºsculas criaturas neste processo, conhecido como fixação de carbono e outros ciclos planetarios importantes, tem sido difa­cil de estudar na paisagem estratificada verticalmente do oceano, que envolve profundidades e escalas de tempo vastas.

As abordagens convencionais para amostragem de pla¢ncton são focadas em grandes populações de microrganismos e normalmente não tem a resolução para medir comportamentos e processos de pla¢ncton individual em escalas ecola³gicas. Como resultado, sabemos muito pouco sobre os processos biola³gicos e moleculares em microescala no oceano, como como o pla¢ncton detecta e regula sua profundidade ou mesmo como eles podem permanecer suspensos na coluna de águaapesar de não terem apaªndices que ajudem na mobilidade.

“Eu poderia prender uma etiqueta em uma baleia e ver para onde ela vai, mas conforme as coisas ficam cada vez menores, torna-se extremamente difa­cil saber e compreender seu comportamento nativo”, disse Prakash. “Como podemos nos aproximar do comportamento nativo de um objeto microsca³pico e dar a ele a liberdade que ele merece porque o oceano éum espaço tão grande e extremamente verticalmente orientado?”

Para preencher a lacuna, Prakash e os pesquisadores em seu laboratório desenvolveram um microsca³pio de rastreamento vertical baseado no que eles chamam de "esteira hidrodina¢mica". A ideia envolve um insight simples, mas elegante: uma geometria circular fornece um anel de coluna de águainfinito que pode ser usado para simular as profundidades do oceano. Os organismos injetados nesta ca¢mara circular cheia de fluido se movem livremente enquanto o dispositivo os rastreia e gira para acomodar seu movimento. Uma ca¢mera alimenta imagens coloridas de alta resolução do pla¢ncton e outras criaturas marinhas microsca³picas em um computador para controle de feedback de circuito fechado. O dispositivo também pode recriar caracteri­sticas de profundidade no oceano, como a intensidade da luz, criando o que os pesquisadores chamam de “ambiente de realidade virtual” para células individuais.

A equipe implantou o instrumento para testes de campo na Hopkins Marine Station de Stanford em Monterey, em Porto Rico, e também em um navio de pesquisa na costa do Havaa­. O microsca³pio inovador já revelou comportamentos de vários microrganismos atéentão desconhecidos da ciência Por exemplo, ele expa´s em detalhes minuciosos como larvas de criaturas marinhas da costa californiana, como a estrela do morcego, pepino do mar e da³lar de areia do Paca­fico, empregam vários manãtodos para se mover pelo mar, variando de um pairar constante amudanças frequentes no batimento ciliar e movimento de natação ou pisca. Isso poderia permitir aos cientistas compreender melhor as propriedades de dispersão desses organismos aºnicos no oceano aberto. O dispositivo também revelou os comportamentos de natação vertical de organismos unicelulares, como dinoflagelados marinhos,

Em Porto Rico, Krishnamurthy e Prakash ficaram chocados ao observar uma diatoma¡cea, um microrganismo sem apaªndices nadadores, que muda repetidamente sua própria densidade para cair e subir na água- um comportamento intrigante que ainda permanece um mistanãrio.

“a‰ como se alguém lhe dissesse que uma pedra pode flutuar, afundar e flutuar novamente”, disse Krishnamurthy.

Prakash credita o sucesso do dispositivo a  natureza interdisciplinar da equipe de seu laboratório, que inclui engenheiros elanãtricos, meca¢nicos e a³pticos, bem como cientistas da computação, fa­sicos, bia³logos celulares, ecologistas e bioquí­micos. A equipe estãotrabalhando para estender ainda mais as capacidades do microsca³pio, mapeando virtualmente todos os aspectos dos parametros fa­sicos que um organismo experimenta ao mergulhar nas profundezas do oceano, incluindo sinais ambientais e químicos e pressão hidrosta¡tica.

“Para entender verdadeiramente os processos biola³gicos em jogo no oceano em escalas menores, estamos empolgados em trazer um pedaço do oceano para o laboratório e, simultaneamente, trazer um pequeno pedaço do laboratório para o oceano”, disse Prakash.