Може ли планктонът да разкрие тайните на човешката биология?

От западното крайбрежие на Гренландия 17-метрова алуминиева платноходка пълзи през тесен, скалист фиорд в арктическия здрач. Изследователският екип на борда, все още със замъглени очи от тежкия деветдневен преход през Лабрадорско море, спуска мрежи за събиране на планктон. Това е първият път, когато някой е секвенирал ДНК на малките морски създания, които живеят тук.

Гледайки мрежите с осезаемо вълнение е проф. Леонид Мороз, невролог в морската лаборатория Уитни на Университета на Флорида. „Ето как е изглеждал светът, когато животът е започнал", казва той на приятеля си Питър Молнар, ръководител на експедицията, с когото съосновават проекта „Атлас на океанския геном" (Ogap).

Мороз сочи към ледниковите долини на Гренландия. Бързото затопляне тук възпроизвежда условия отпреди 600 милиона години, когато са започнали да се появяват сложни форми на живот. „В момента плаваме през дълбокото биологично време", казва той.
Мисията на Мороз и Молнар е да класифицират, наблюдават, подредят и картографират 80% от най-малките същества в морето, за да научим повече за себе си и за здравето на планетата.

Планктонът и хората нямат много общо на пръв поглед. Но изучаването на морските организми е довело до пробив в разбиранията за нашите собствени мозъци и тела. Наблюдаването на електрическите разряди на медузите ни научи как да рестартираме сърцето.

Морските охлюви ни показаха как се формират спомените. Калмарите ни научиха как сигналите се разпространяват между различните части на мозъка. Подковоносите демонстрираха как работят зрителните рецептори.

Необичаен аспект от изследователските пътувания на Мороз и Молнар е, че те разкриват тайните на планктона на борда на ветроходни лодки, а не на кораби, задвижвани от двигател – и те не са сами в това начинание.

„Големите океанографски кораби могат да струват 100 000 долара на ден, което може бързо да фалира вашата изследователска организация", казва Крис Боулър, океанограф от Националния център за научни изследвания на Франция и научен съветник на Tara Ocean Foundation.

През последните две години той е събирал проби от планктон за мисията Microbiomes, изследователска инициатива за изучаване на микроорганизми в океана, на борда на 33-метрова шхуна. „Работата от платноходка е 50 пъти по-евтина", казва Боулър.

Това спестяване на разходи също позволява на изследователите лукса на времето, което е наложително за намиране на генетичните общи черти и модели, които ще разкрият отговори за човешкото здраве. Боулър казва, че е важно да се анализират и наблюдават тези микроскопични организми, които взаимодействат помежду си и със света около тях. Това не може да се случи в лаборатория на сушата, защото организмите са твърде крехки.

Нисковъглеродни, лесно достъпни и лесни за маневриране близо до брега, ветроходните лодки също „не вибрират, така че може да вършите наистина прецизна работа на борда", казва Молнар, който е бил капитан на плавания на Ogap над 9 000 морски мили.
Причината, поради която микроскопичният морски живот може да ни научи за собственото ни развитие, е конвергентната еволюция. Това е, когато несвързани организми стигат до едно и също решение на проблем, като например как птици, бръмбари, пеперуди и прилепи са се адаптирали да летят, но са го направили по различно време и по малко по-различен начин.

Припокриващите се решения осигуряват общи градивни елементи за всичко - от това как да сгънете протеин до това как да оформите мозък.
„Всеки организъм, който живее тук днес, е дневник на всяка една адаптация, която го е направила успешен", казва Мороз. „Мозъкът е една от най-сложните структури във Вселената. И все пак 70% от знанията ни за това как работи мозъкът са благодарение на морските създания. Без тях много от днешните лекарства просто нямаше да съществуват."

Причината, поради която той изучава планктона, е, че техният „бордови дневник" е най-дългият – някои едноклетъчни морски организми съществуват от повече от 3 милиарда години. Това означава, че те имат повече трикове в метафоричните си ръкави от нас.
„Някои групи от тези морски видове не остаряват, никога не развиват рак и могат напълно да се регенерират, когато са повредени. Те могат да изпълняват много задачи по-добре от нас", казва Мороз.

Един от начините да изведем човешката медицина на следващото ниво е да вземем подсказките си от тези организми. Но първо трябва да ги идентифицираме. Високата мисия на Ogap не би била възможна преди 10 години; бързият технологичен напредък намали размера на оборудването, докато сателитните комуникации и ИИ свиха времевата рамка за анализ на резултатите от месеци до минути.

В Гренландия, например, Ogap поддържа морските организми живи в продължение на няколко дни на тяхната ветроходна лодка, докато секвенира тяхната ДНК през различни етапи от живота. „Успяхме да ги наблюдаваме как се възпроизвеждат, разлагат, след това се възстановяват, дори умират, докато снимахме видео с висока разделителна способност", казва Молнар.

След това екипът качи данните чрез Starlink в университети, където учените използваха ИИ, за да търсят разпознаване на модели в ДНК на организмите. „Буквално след час щяхме да имаме резултати обратно на платноходката", казва Молнар. „Този ​​тип работа беше просто научна фантастика преди 10 години."
Въпреки че технологията е нова, използването на ветроходни лодки за изследване е хилядолетно човешко начинание.

„Има дълга история на плаване, за да се отговори на научни въпроси", казва Дейвид Коновър, собственик на ArcticEarth, ветроходната лодка, която Ogap използва за своята експедиция в Гренландия. От антропологичните открития на капитан Кук в Тихия океан до революционните наблюдения на Дарвин върху естествения подбор на борда на Beagle, ветроходните лодки са позволили на много видове изследователи лукса да стигнат до далечни части на света, за да се ангажират дълбоко със заобикалящата ги среда.
„Колкото повече време може да си позволите да сте в морето, толкова по-отворени сте към открития", казва Коновър.

Ключът сега е да се наблюдава изобилието от непознати морски организми, преди те да изчезнат завинаги. „Докато довършите кафето си утре сутрин, между 20 и 100 вида ще са изчезнали завинаги, включително прекрасните решения, които природата им е предложила, което е огромна загуба за биомедицинската наука", казва Мороз.

За да продължи да документира чудесата на малките едноклетъчни морски създания, Оgap ще се насочи към Патагония, на върха на Южна Америка. В крайна сметка геномният атлас на Ogap ще бъде дигитализиран и предоставен безплатно, предоставяйки базова линия на морското биоразнообразие, както и ценни прозрения за разработването на нови лекарства.
„Всеки ден е изненада", казва Мороз. „Това е най-добрата част от всички тези пътувания – нивото на вълнение, на откритие. Това е такова богатство."