Хвост сперматозоида позволяет этим половым клеткам свободно продвигаться вперед даже против направления потока. В работе ученые из Уорикского университета, Массачусетского технологического института (MIT), Университета ИТМО, Санкт-Петербургского Академического университета и Института аналитического приборостроения РАН показали, что во всех случаях без исключения хвост сперматозоида вращается против часовой стрелки. Такое левовращающее движение означает, что сперматозоиды должны быть в состоянии двигаться лишь влево, однако оказалось, что приблизительно в половине случаев сперматозоиды способны двигаться и вправо.
Сперматозоиды состоят из головы, средней части, также именуемой шеей, и хвоста. Как показали эксперименты, для того, чтобы противостоять естественной левовращающей силе, вызванной колебаниями хвостов, сперматозоидам приходилось изменять форму своего тела в средней части. Разница в движениях, необходимых для поворота сперматозоида налево и направо означает, что все сперматозоиды могут либо поворачивать в обоих направлениях, либо только в одном. Это указывает на возможность существования двух физиологически разных популяций сперматозоидов.
Василий Канцлер, сотрудник кафедры физики Уорикского университета и руководитель коллектива прокомментировал открытие:
«Ученые только приближаются к пониманию того, как передвигаются сперматозоиды. Не так давно мы выяснили, что сперматозоиды предпочитают плавать вблизи поверхностей, что оказалось ключом к пониманию того, как и почему они двигаются против направления течения. Тем не менее, почему эти клетки отклоняются от прямолинейной траектории, до недавнего времени оставалось загадкой, — рассказывает Канцлер. — Изучив трехмерную реконструкцию колебаний хвоста клетки сперматозоида, мы пришли к заключению, что все сперматозоиды вращают свой хвост только против часовой стрелки, поворачивая таким образом налево. В то же время мы заметили, что у сперматозоидов, поворачивающих направо имеется правосторонний перегиб в средней части, который выполняет роль противодействующего фактора по отношению к левовращающей силе хвоста».
Чтобы добиться понимания этих процессов, ученые спроектировали серию экспериментов, позволяющих наблюдать поведение мужских половых клеток в перистальтических условиях, где поток вызывается сокращением и расслаблением мышц тела. Нечто похожее происходит в процессе оплодотворения: перистальтические сокращения заставляют жидкость двигаться вперед и назад, предоставляя сперматозоидам преимущество в продвижении к цели.
Визуализировав траектории сперматозоидов, которые поворачивают налево и направо, ученые получили изображение, по форме напоминающее сердце. Это открытие побудило ученых провести более углубленный анализ трехмерного поведения хвостов сперматозоидов при высоком временном и пространственном разрешении — ранее это не предпринималось ни одной группой. Такой подход привел к открытию двух различных режимов движения сперматозоидов.
«Сперматозоид — это носитель генетического материала. В дальнейшем было бы интересно изучить то, как конкретный генетический материал и его упаковка на борту у сперматозоида влияют на открытую нами асимметрию в движениях этих клеток. Может, например, оказаться, что мальчики поворачивают налево, а девочки направо. Но это уже вопрос, который требует дальнейшего изучения в первую очередь биологами», — подводит итог Игорь Кухтевич, сотрудник кафедры нанотехнологий и материаловедения Университета ИТМО.
Статья:
«Bimodal rheotactic behavior reflects flagellar beat asymmetry in human sperm cells,» Anton Bukatin, Igor Kukhtevich, Norbert Stoop, Jörn Dunkel, Vasily Kantsler. PNAS
Дмитрий Мальков,
Отдел по научным коммуникациям Университета ИТМО
