Robotmikroskop mäter och fotograferar havets minsta liv
Askölaboratoriet utrustas med en Imaging FlowCytobot, ett automatiskt mikroskop som kan sänkas ned i havet och ge detaljerade bilder av planktonlivet.
Det automatiska mikroskopet består av hundratals delar, bland annat pumpar och rör (som för in havsvatten), filter och sensorer, en smal flödeskanal med mätkammare och optik där partiklarna passerar genom en laserstråle, en kamera med ljuspuls som fotograferar dem, samt en dator som styr flödet, avgör när en bild ska tas och lagrar all insamlad data.
– När vi är klara kommer ni att kunna plocka isär och sätta ihop den igen, veta när något är fel och vid behov kunna laga den själva, säger Thomas Fougere från McLane Research Laboratories, som ska lära forskningsteamet från Östersjöcentrum hur det nya robotmikroskopet fungerar.
Han börjar med att lyfta av höljet – en tryckkammare av stål som gör att mikroskopet kan sänkas ner till som mest 40 meters djup. Deltagarna får börja handhavandet med att lyfta på mikroskopet – det är en meter långt och med höljet väger det över 30 kg.
Ett automatiserat mikroskop som självständigt tar vattenprover, räknar partiklar och fotograferar dem – det är vad en Imaging FlowCytobot, förkortat IFCB, är. Instrumentet kan kopplas till programvara som använder maskininlärning för att identifiera planktonorganismerna på bilderna. Det låter onekligen fantastiskt, och forskarnas iver är stor över vad detta instrument möjliggör för dem att ta reda på.
Fakta: Imaging FlowCytobot (IFCB)
Instrumentet är ett nedsänkbart planktonmikroskop som kan konfigureras för att självständigt pumpa in havsvatten, räkna och fotografera celler. Det kan kopplas till programvara som kan tränas för maskininlärd bildigenkänning.
Mikroskopet kan ta upp till 30 000 bilder i timmen.
Optiken är optimerad för högupplösta bilder av partiklar i storleken 10-150 mikrometer.
Partiklarna belyses med en laserstråle. Högkänsliga ljusdetektorer mäter sedan bland annat fluorescens (från klorofyll och andra pigment) för att skilja ut levande mikroorganismer från mineralpartiklar, luftbubblor, plastfragment och annat skräp. Om signalen är tillräckligt stark triggas kameran och tar en bild. Även ljusspridningen mäts och kan ge information om partiklarnas struktur, vilket underlättar klassificeringen.
Mödosam inkörningsperiod
Men det är inte bara att plocka upp mikroskopet ur lådan och sätta igång. Ett tålmodigt arbete krävs av installation i den aktuella miljön, kalibreringar, testkörningar och hantering av all data. För att den automatiska bildigenkänningen ska fungera krävs också att maskininlärningsmodellen tränas, och till det behövs tusentals bilder som klassificerats av riktiga planktonexperter, det vill säga människor. Instrumentet kan inte ersätta traditionell miljöövervakning och taxonomisk expertis, men bli ett värdefullt komplement, som när det väl är i drift, kan hjälpa forskarna att följa förändringar i havets planktonsamhälle i realtid.
Thomas Fougere från företaget som vidareutvecklat forskningsprototypen till ett robust fältinstrument visar teamet hur instrumentet fungerar.
Än så länge finns bara några enstaka IFCB:er i haven runt Sverige, bland annat på finska Utö i sydligaste Skärgårdshavet och på SMHI:s forskningsfartyg Svea. För att få bildigenkänningen att fungera är kvalitetssäkrade bilder från de andra instrument som är i drift värdefulla som träningsdata. Även Stockholms universitets planktonforskare, vid Institutionen för ekologi, miljö och botanik, är inkopplade i arbetet.
Koppla till genetisk data – och klimatpåverkande gaser
Emma Bell är miljömikrobiolog och leder den nya forskningsgruppen Molecular SeaLab vid Östersjöcentrum, som med moderna molekylärbiologiska metoder (så kallad meta-omik) undersöker havets allra minsta invånare och deras ämnesomsättning. Närvaron och aktiviteten hos mikroberna – det vill säga encelliga eukaryoter, bakterier, arkéer och virus – är avgörande för havets kretslopp av näringsämnen och kol, och därmed för hela ekosystemet och även klimatet.
– Med metagenomik, som analyserar DNA, kan vi se vilka mikrober som finns i vattnet och hur stor andel varje grupp utgör jämfört med de andra. Men metoden visar bara relativa mängder. IFCB:n kan räkna celler, så då kan vi ta reda på hur stor biomassa av olika arter som faktiskt finns i vattnet.
– Vi kan också få data med mycket hög tidsupplösning. IFCB:n kan ta prover dygnet runt, vilket inte är möjligt för en människa. Det är värdefullt, eftersom planktonsamhället varierar så mycket, både under dygnet och mellan olika årstider, säger Emma.
Teamet får stifta bekantskap med det nya instrumentet. Det sitter vanligtvis monterat i en tryckkammare för att kunna sänkas ner i vattnet, ned till 40 meters djup. Från vänster Elias Strandell Erstorp, ingenjör/tekniker, Christoph Humborg, professor i kustens biogeokemi och vetenskaplig ledare för Östersjöcentrum, Tina Elfwing, föreståndare för Östersjöcentrum, samt Thomas Fougere från McLane Research Laboratories.
Robotmikroskopet ska monteras på den flytande plattform, för närvarande placerad i en vik på Askö, där andra instrument mäter bland annat växthusgaser och flyktiga organiska föreningar (så kallade VOC:er) som havet avger till luften.
– Vi vill koppla ihop biologin i vattnet med det som släpps ut i atmosfären, säger Matthew Salter, marinbiogeokemist och aerosolforskare, som basar över det flytande laboratoriet.
Genom att kombinera flera olika mätningar av biologiska och kemiska parametrar kan forskarna börja pussla ihop hur mikrobsamhällena i havet påverkar bildningen av gaser och aerosoler, och därmed klimatet.
Matthew Salter, marinbiogeokemist och aerosolforskare, som basar över det flytande laboratorium där mikroskopet så småningom ska ingå, monterar det mjuka, smala rör av silikon som provtagningsvattnet förs in genom.
Svartvita bilder med mycket information
Bilderna från undervattensmikroskopet är visserligen bara svartvita, men kan ge värdefull information inte bara om vilka arter som finns i vattnet, utan också om deras form och struktur, vilket livsstadium och tillstånd de befinner sig i.
– Man kan till exempel se om cellerna är på väg att dela på sig och om det sitter parasiter på dem, säger doktoranden Karin Garefelt. I sin forskarutbildning i miljögenomikgruppen på SciLifeLab och Molecular SeaLab vid Östersjöcentrum kombinerar hon marinbiologi, genteknik och AI, och det blir hennes uppgift att integrera all den data som kommer från miljö-DNA-provtagningar (så kallad metabarcoding) med bilddatan från IFCB:n.
Längs ut på inloppsröret finns ett litet, litet finmaskigt filter som stoppar allt som är större än 150 mikrometer från att åka in i instrumentet.
Avluftning, fokusering och testkörning
Men än så länge handlar det om att förbereda själva instrumentet. En av de första sakerna man behöver göra är en avluftning, som tar ungefär en timme, när instrumentets flödeskanal spolas igenom för att få ut all luft ur systemet. Flödet är mycket smalt och behöver vara helt jämnt för att man ska få bra bilder. Man skapar till och med ett omgivande sidoflöde runt provvätskan för att minska skjuvningen, så att partiklarna ska flöda lugnt och fint och inte riskera att studsa mot väggarna och börja tumla runt. Minsta bubbla kan störa.
Sedan ska optiken ställas in, så att fokus hamnar precis mitt i flödeskanalen, så att bilderna blir skarpa.
– Nu kör vi in mjölken, säger Thomas Fougere, och låter "spökvatten", det vill säga vatten med några droppar mjölk i, pumpas in genom det smala inloppsröret. Spökvattnet gör att ljusstrålen från lasern syns inne i mätkammaren. Alla i forskningsteamet får i tur och ordning titta in genom fokuseringsröret och lära sig hur de ska ställa in fokus.
Emma Bell, miljömikrobiolog och ledare för forskningsgruppen Molecular SeaLab, som undersöker havets minsta invånare, tittar in i robotmikroskopets mätkammare genom ett fokuseringsrör. Med hjälp av röret kan man kontrollera att den smala flödeskanalen ligger mitt i synfältet, så att bilderna blir skarpa.
Så småningom kan de börja testköra med riktiga prover, från havet strax utanför laboratoriesalen. Det dröjer inte länge förrän de första, svartvita bilderna dyker upp på skärmen som är kopplad till mikroskopet.
– Mesodinium, säger Karin, som har koll på arterna. Kanske en Mesodinium rubrum. Och där var några andra ciliater. Och där var en kiselalg!
Svartvit bild av ciliat (ej artbestämd), tagen av robotmikroskopet. Ciliater är encelliga organismer som kan simma med hjälp av trådlika utskott (cilier).
En del av Askölaboratoriets mobila resurser
Det nya robotmikroskopet ska placeras på fältstationen Askölaboratoriet i Trosa skärgård. Här har marinvetenskapligt pionjärarbete bedrivits i drygt 60 år, och sedan några år pågår också spjutspetsforskning om interaktionen mellan atmosfär och hav.
Det flytande, flyttbara laboratoriet som undersöker interaktionen mellan atmosfär och hav. Här, bland flera andra instrument som kontinuerligt mäter gaser, partiklar och olika miljöparametrar i både luft och vatten, kommer även det automatiska mikroskopet att monteras.
Text och bilder: Michaela Lundell
Senast uppdaterad: 2026-03-31
Sidansvarig: Stockholms universitets Östersjöcentrum