全息显微镜提供了对微型浮游生物生活的洞察力

使用数字显微镜创建的全息图并通过人工智能(AI)进行解读，研究人员现在首次可以 在个体层面上跟踪微型浮游生物的生活。该方法是哥德堡大学的一个跨学科研究项目的结果。

浮游生物是地球上最重要的有机体之一。世界上一半以上的氧气是由海洋中的浮游植物产生的。然而，关于这些生命体的知识是有限的，主要是由于它们的大小。

"哥德堡大学的海洋生物学家Erik Selander说："到目前为止，我不得不在群体层面上研究微浮游生物，但由于这种新的基于人工智能的全息显微镜，我可以看到单个微浮游生物如何移动、进食、生长和繁殖。

在个体水平上研究微型浮游生物的唯一途径

埃里克-塞兰德在2019年的一次会议上听取了该大学物理学教授乔瓦尼-沃尔佩关于这项新技术的演讲，在这项技术中，通过粒子折射的光线会产生一个全息图，可以代替粒子进行研究。利用人工智能，全息图可以以更高的速度进行分析，提供更多、更精细的细节。塞兰德和沃尔佩随后开始了一个针对微型浮游生物的跨学科项目。

"我们对谁吃谁，以及在我们每天看到的动物和鸟类等大型生物体的情况下它们的去向有了很好的了解。Giovanni Volpe说："我们开发的方法是唯一能在个体水平上研究微观生物的方法。

人工智能使该方法更快

该方法使用LED光在全息显微镜中分析微型浮游生物，这确保了生物体在该过程中不受影响。这一发现已在《eLife》杂志的一篇文章中报道。

"我们检查的微型浮游生物细胞只有几百分之一毫米大小。但是它们的数量之多，影响了整个海洋的碳循环。总的来说，单细胞的微浮游生物所吸收的碳大约是我们人类从化石燃料中排放的三倍。现在我们能够在个体层面上详细了解这些过程，"埃里克-塞兰德说。

在全息显微镜的帮助下，通过数码相机记录光与物质相互作用的方法在过去已经得到很好的研究。但由于数字技术和最近的人工智能革命，这种方法已经变得更加有用，分析也更容易和更快。

"通过将全息显微镜与人工智能相结合，现在我们可以在单细胞水平上同时监测大量微浮游生物细胞的情况，这在以前是一个挑战。虽然这项技术是用海洋微生物演示的，但它在方法上相当普遍，可以应用于任何微观生命体。哥德堡大学物理学博士生Harshith Bachimanchi说："通过将细胞封闭在微型玻璃井中，我们可以跟踪细胞的生长动态和游泳行为，贯穿它们从几小时到几天的生命周期。

全息显微镜还提供了一种快速和廉价的方法，用于计数、称重和确定溶液中的细胞或其他颗粒的大小。