卢森堡大学的生物物理学家发现，当营养变得有限时，微型浮游生物——产生我们呼吸的近50%氧气的关键光合生物——如何采取节俭的生活方式。他们战略性地利用内部脂质来调节游泳特性，以最大限度地提高他们的健康水平。

AnupamSengupta教授和他的团队通过使用多尺度定量成像技术、分析和生理测量、流体动力学模拟和数学模型监测有害的形成水华的浮游植物物种发现了这种进化技巧。

精确跟踪细胞内细胞器(细胞内的大小和位置)和游泳行为揭示了活跃的脂质运动和细胞形状之间的紧急协同作用，最终使微浮游生物能够在动态营养景观中导航。开创性的发现出现在《科学进展》中。

微生物营养素变得稀缺：气候变化不可避免的后果

随着开阔的海洋继续变暖，改变的洋流和增强的分层加剧了营养限制，从而限制了初级生产。垂直迁移的能力为活动的浮游植物提供了一个关键的——但能量昂贵的——优势，允许在营养有限的水中垂直重新分配生长、养分吸收和能量储存。

在过去的几年里，Sengupta教授率先发现了浮游植物用来适应其栖息地变化的精妙生物力学策略，例如，由于海洋湍流(Nature2017)，以及面对生物物理变化的预警保护机制强调(美国国家科学院院刊2021)。

这些微小但不可或缺的微生物如何适应不断变化的营养景观——主要由气候变化驱动——仍然未知。现在，由Sengupta教授领导的生命物质物理学组的研究人员通过涵盖微生物学、物理学、数学和数值模型的多尺度跨学科研究揭示了浮游植物的命运。

该研究基于赤潮形成的微型浮游生物，揭示了物种如何利用脂滴(LD)——目前已知用作能量储存细胞器——兼作生物力学触发器，以在营养限制下调节游泳特性。通过主动控制LD的位置和大小，细胞可以决定是向上游还是向下游：光合微生物的一个关键生存特征，因为它们在水柱中的垂直位置决定了光和养分的可用性。

跨尺度和跨学科的方法对这一发现至关重要

除了使用定制的Ocean-in-Lab设置对游泳特性进行细胞内跟踪和量化外，Sengupta教授的团队还测量了浮游生物将光转化为能量的能力的变化，以及氧化分子产生的变化，氧化分子是生理压力的关键标志.总之，结果将细胞内重组与游泳生物力学联系起来，并进一步提供了一个机制框架来估计供应限制下资源获取的潜在能量。

单细胞延时成像、游泳种群粒子图像测速、数值模拟和连续介质建模以及大量微生物学和分析技术的结合对于这一突破性发现至关重要。这项跨学科研究为活性和智能微生物物质的研究开辟了新的前景，并为微生物适应环境变化(包括气候和生活方式变化带来的变化)提供了全新的视角。