Plankton, meskipun sering kali tak terlihat oleh mata telanjang, memiliki peran yang sangat penting dalam menopang kehidupan di Bumi. Organisme mikroskopis ini tidak hanya menghasilkan sebagian besar oksigen yang kita hirup, tetapi juga menjadi dasar rantai makanan di lautan. Dengan keanekaragaman yang luar biasa—puluhan ribu spesies yang telah diketahui dan banyak lagi yang belum teridentifikasi—plankton menjadi pusat perhatian bagi para ilmuwan yang ingin memahami evolusi kehidupan. Salah satu kelompok plankton yang sangat menarik adalah protista, organisme bersel satu yang sangat kecil dan memainkan peran kunci dalam memahami evolusi. Namun, selama beberapa dekade, para ilmuwan hanya dapat mempelajari protista melalui informasi genetik karena keterbatasan teknologi untuk melihat struktur internal mereka.
Namun, sebuah terobosan besar terjadi selama pandemi COVID-19 yang mengubah cara kita memandang dunia mikroskopis ini.
Sebuah Panggilan Zoom yang Mengubah Segalanya
Pada puncak pandemi COVID-19, Gautam Dey, seorang pemimpin kelompok di European Molecular Biology Laboratory (EMBL), menerima panggilan Zoom dari rekan kolaboratornya, Omaya Dudin, yang saat itu memimpin kelompok penelitian di École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL). Dudin telah memodifikasi metode baru yang memungkinkan visualisasi struktur internal Ichthyosporea, sebuah protista laut yang memiliki hubungan erat dengan hewan dan jamur. Metode ini memecahkan masalah lama terkait dinding sel protista yang sulit ditembus.
Metode tersebut dikenal sebagai mikroskopi ekspansi (expansion microscopy), yang pertama kali dikembangkan oleh ilmuwan di MIT, Amerika Serikat. Teknik ini kemudian disempurnakan menjadi mikroskopi ekspansi ultrastruktur (U-ExM) oleh Paul Guichard dan Virginie Hamel di Universitas Jenewa untuk mempelajari struktur sub-seluler secara lebih mendetail. Dengan teknik ini, dinding sel menjadi lebih permeabel, memungkinkan para peneliti untuk mengamati dan menganalisis komponen internal protista dengan jelas.
Kolaborasi yang Meluas ke Visi Global
Hasil penelitian awal yang menjanjikan mendorong Dudin, Dey, Guichard, dan Hamel untuk melanjutkan kolaborasi mereka. Dalam tiga tahun, kerja sama ini menghasilkan wawasan ensiklopedis tentang ratusan spesies protista dan menciptakan tujuan ambisius: membangun atlas planet plankton.
Peningkatan besar dalam penelitian mereka terjadi melalui ekspedisi Traversing European Coastlines (TREC) yang dipimpin oleh EMBL. Ekspedisi ini memungkinkan tim untuk mengeksplorasi organisasi internal mikroba laut dengan jauh lebih mendalam. Hasil penelitian mereka, yang baru-baru ini diterbitkan dalam jurnal Cell, memberikan gambaran terperinci tentang arsitektur seluler lebih dari 200 spesies plankton, khususnya eukariota—organisme yang memiliki inti sel yang tertutup membran. Penelitian ini juga menandai peluncuran proyek PlanExM, sebuah inisiatif untuk mengungkap keragaman ultrastruktur plankton menggunakan mikroskopi ekspansi.
Harta Karun Mikroorganisme Laut
Salah satu lokasi pengambilan sampel utama dalam ekspedisi TREC adalah Roscoff, Prancis. Di sana, Stasiun Biologi Roscoff memiliki salah satu koleksi mikroorganisme laut terlengkap di Eropa. Ketika para peneliti meminta akses untuk studi percontohan menggunakan mikroskopi ekspansi, mereka awalnya mengharapkan sekitar 20 spesies sampel. Namun, mereka justru diberikan akses ke lebih dari 200 spesies.
“Kami menghabiskan tiga hari dan malam hanya untuk mempersiapkan sampel-sampel tersebut. Ini adalah harta karun yang tidak bisa kami lewatkan begitu saja,” ujar Felix Mikus, penulis utama studi ini yang kini menjadi peneliti pascadoktoral di laboratorium Dudin di Universitas Jenewa.
Bagaimana Mikroskopi Ekspansi Membuat yang Tak Terlihat Menjadi Terlihat
Mikroskopi ekspansi adalah teknik muda yang baru berusia 10 tahun. Teknik ini bekerja dengan cara memperbesar sampel biologis secara fisik. Sampel—yang dapat berupa organisme bersel tunggal, jaringan, atau sel individu—ditanamkan dalam gel transparan. Ketika gel menyerap air, ia mengembang dan memperbesar struktur internal secara proporsional tanpa merusaknya. Hal ini memungkinkan para ilmuwan untuk melihat detail-detail kecil tanpa perlu menggunakan lensa mikroskop super kuat.
“Ketika dikombinasikan dengan metode mikroskopi cahaya biasa, mikroskopi ekspansi memungkinkan ilmuwan untuk melewati batas panjang gelombang standar yang biasanya membatasi resolusi struktur kecil,” jelas Guichard dan Hamel.
Memetakan Kerangka Internal Sel
Menggunakan sampel dari Roscoff dan koleksi lain dari Bilbao, Spanyol, para peneliti melakukan salah satu studi paling luas hingga saat ini tentang keragaman sitoskeleton. Sitoskeleton adalah jaringan filamen yang memberikan struktur dan organisasi pada sel eukariota. Penelitian ini berfokus pada mikrotubulus—tabung berongga yang membantu sel mempertahankan bentuknya, membelah diri, dan bergerak—serta centrins, sekelompok protein yang berperan dalam mengatur mikrotubulus di dalam sel.
“Kami berhasil memetakan fitur-fitur organisasi mikrotubulus dan centrin di berbagai kelompok eukariota,” ujar Hiral Shah, seorang peneliti pascadoktoral di EMBL dan salah satu penulis utama studi ini. “Skala penelitian ini membuka kemungkinan untuk membuat prediksi evolusioner.”
Sebagai contoh, kelompok dinoflagellata—salah satu kelompok paling beragam yang ditemukan di lautan—mendapat perhatian khusus dalam studi ini. Para peneliti mampu memetakan keberadaan struktur tubulin dan centrin yang terkait dengan korteks sel atau flagela pada spesies-spesies ini.
Menghubungkan Struktur Sel dengan Evolusi
“Mikroskopi ekspansi ultrastruktur benar-benar mengubah cara kita menjelajahi struktur ultrastruktur protista,” kata Armando Rubio Ramos, salah satu penulis utama lainnya dari studi ini. “Dengan menggabungkan teknik ini dengan pencitraan throughput tinggi dan analisis komparatif, kita bisa mulai memahami bagaimana arsitektur seluler berkembang sepanjang evolusi.”
Penelitian ini tidak hanya memberikan wawasan tentang prinsip dasar pembangunan sel eukariota tetapi juga memberikan petunjuk tentang bagaimana struktur sitoskeletal berevolusi seiring waktu. Selain itu, penelitian ini menyoroti kekuatan mikroskopi ekspansi sebagai alat untuk menganalisis sampel kompleks, termasuk sampel langsung dari lingkungan laut.
Menuju Atlas Planet Plankton
“Petualangan kami dengan mikroskopi ekspansi baru saja dimulai,” kata Dey. “Ini mungkin merupakan teknik mikroskopi resolusi tinggi pertama yang memiliki potensi untuk menyamai skala dan ambisi proyek genomik keanekaragaman hayati besar.”
Bersama dengan Thomas Richards dari Universitas Oxford, Dey dan Dudin juga berhasil mendapatkan dana sebesar CHF 2 juta dari Moore Foundation Grant untuk melanjutkan penelitian mereka.
Langkah selanjutnya adalah menyelidiki lebih dalam spesies tertentu dari koleksi luas ini untuk menjawab pertanyaan-pertanyaan spesifik, seperti memahami bagaimana mitosis (pembelahan sel) dan multiselularitas berevolusi serta mendalami keragaman fenotipik yang mendasari transisi evolusioner besar.
Kesimpulan
Penelitian ini bukan hanya sebuah pencapaian dalam memahami protista laut tetapi juga langkah besar menuju pemahaman lebih mendalam tentang evolusi kehidupan di Bumi. Dengan bantuan teknologi seperti mikroskopi ekspansi dan kolaborasi global antarilmuwan terkemuka, kita semakin dekat untuk mengungkap rahasia tersembunyi kehidupan laut yang selama ini berada di luar jangkauan pandangan manusia. Melalui upaya ambisius seperti atlas planet plankton, masa depan penelitian biologi laut tampak lebih cerah daripada sebelumnya.
REFERENSI
Dudin, O., & Dey, G. (2025). Expansion microscopy reveals cellular ultrastructure diversity in marine protists. Cell.
EMBL. New expansion microscopy study charts ultrastructure of hundreds of marine microbes. Diakses 11 Januari 2026.
European Molecular Biology Laboratory (EMBL). Atlas of plankton ultrastructure launched with expansion microscopy. Diakses 11 Januari 2026.
Roscoff Culture Collection. Marine protists and their diversity in Roscoff, France. Diakses 11 Januari 2026.
MIT News. How expansion microscopy works and why it matters. Diakses 11 Januari 2026.
Nature Reviews Methods Primers. Expansion Microscopy: Principles and applications. Diakses 11 Januari 2026.
ScienceDaily. Scientists map internal cell skeletons of plankton to understand evolution. Diakses 11 Januari 2026.