Предыдущие исследования, проведенные примерно 50 лет назад, показали, что хвост сперматозоида, или жгутик, состоит из сложной системы нитей, соединенных эластичными пружинами, напоминающими цилиндрическую структуру. В течение многих лет ученые считали, что эта система снабжает хвост сперматозоида каркасом, позволяя ему плавать во враждебной среде по отношению к яйцеклетке.
Новое исследование Йоркского университета, однако, показало с помощью математической модели, что эта система не только необходима для поддержания структуры хвоста, но также жизненно важна для того, как она передает информацию в очень отдаленные части хвоста, что позволяет он должен сгибаться и двигаться по-своему.Доктор Гермес Гадельха, биолог-математик факультета математики университета, сказал: «Жгутики сперматозоидов с такой внутренней структурой можно увидеть почти во всех формах жизни.
Интересно, что хотя внутренняя структура хвоста сперматозоидов сохраняется у большинства видов — животных и людей — все они создают немного разные движения, чтобы добраться до яйцеклетки.«Это говорит о том, что структура хвоста — это не вся история того, как они совершают свое отчетливое движение изгиба хвоста».
Доктор Гадельха и его сотрудники ранее разработали математическую формулу ритмического движения сперматозоидов в жидкости, создавая различные модели жидкости, но теперь ученым нужно было понять, что происходило внутри хвоста сперматозоидов, что позволяло им двигаться таким образом.Чтобы понять структуру хвоста, ученые исследовали, как различные части хвоста изгибаются, перемещая хвост мертвого сперматозоида.Удивительно, но движение, начавшееся около головки сперматозоида, привело к изгибу в противоположном направлении на кончике хвоста, называемому «феноменом обратного изгиба», предполагающим, что механическая информация передается по соединенным между собой эластичным полоскам, чтобы создать движение вдоль во всю длину хвоста.
Доктор Гадельха рассчитал эти изгибающие движения, чтобы сформировать математическую модель, которая поможет выдвинуть гипотезу о триггерах, необходимых в хвосте, чтобы совершать эти отчетливые движения.Доктор Гадельха сказал: «Если мы представим, что общение с удаленными частями хвоста немного похоже на общение между гребцами с завязанными глазами в лодке для каноэ. Гребцы с завязанными глазами не могут видеть движения друг друга, чтобы сообщить, какое движение совершить, и в отсутствие криков друг другу, вместо этого они должны чувствовать механику лодки и движения, которые совершает каждый гребец, чтобы синхронизировать свои движения.
«Кажется, что молекулярные моторы -« гребцы »внутри хвоста сперматозоидов — делают то же самое, но в гораздо более сложной« лодке ».«Механизм хвоста сперматозоидов сначала создает скользящее движение между нитями внутри этой цилиндрически расположенной структуры, что в конечном итоге приводит к изгибу хвоста, немного похожему на поршень, который преобразует движение вперед и назад во вращение колеса поезда. одно движение в этой сложной последовательности, кажется, способно вызвать движение вплоть до отдаленных частей хвоста.«Большой вопрос сейчас в том, как хвост передает специфическую биомеханическую информацию, чтобы позволить этим« гребцам »самоорганизоваться?»
Исследование опубликовано в Journal of the Royal Society Interface.