Spermhalernes mekaniske egenskaber afsløres

Forskere ved University of York har vist, at en sædhale udnytter sammenkoblede elastiske fjedre til at overføre mekanisk information til fjerne dele af halen, hjælper den med at bøje og i sidste ende svømme mod et æg.

Tidligere undersøgelser, for cirka 50 år siden, viste, at sædhalen, eller flagellum, bestod af et komplekst system af filamenter, forbundet med elastiske fjedre, der ligner en cylinderlignende struktur. I mange år troede forskere, at dette system forsynede sædhalen med et stillads, lad det svømme i et fjendtligt miljø mod et æg.

Ny forskning ved University of York, imidlertid, har vist, gennem en matematisk model, at dette system ikke kun er nødvendigt for at opretholde halens struktur, men det er også afgørende for, hvordan det overfører information til meget fjerne dele af halen, giver den mulighed for at bøje og bevæge sig på sin egen unikke måde.

Særlig bevægelse

Dr. Hermes Gadêlha, matematisk biolog ved universitetets matematikafdeling, sagde:"Spermflageller med denne slags indre struktur kan ses i næsten alle former for liv. Interessant nok, selvom sædhalen har en intern struktur, der er bevaret på tværs af de fleste arter - dyr og mennesker - skaber de alle lidt forskellige bevægelser for at nå et æg.

"Dette tyder på, at halens struktur ikke er hele historien om, hvordan de laver deres distinkte halebøjningsbevægelse."

Dr Gadêlha og medarbejdere havde tidligere udviklet en matematisk formel for den måde, hvorpå sæd bevæger sig rytmisk gennem væske, skabe forskellige væskemønstre, men forskere havde nu brug for at forstå, hvad der foregik inde i sædhalen, der tillod dem at bevæge sig på denne måde.

Død sæd

For at forstå halens struktur, forskere undersøgte, hvordan forskellige dele af halen bøjede ved at flytte halen på en død sæd. Overraskende nok en bevægelse, der startede nær spermhovedet, resulterede i en bøjning i modsat retning i spidsen af ​​halen, kaldet 'modbøjningsfænomenet', tyder på, at mekanisk information transmitteres langs de indbyrdes forbundne elastiske bånd for at skabe bevægelse i hele halens længde.

Dr Gadêlha beregnede disse bøjningsbevægelser til en matematisk model, der ville hjælpe med at hypotese de udløsere, der er nødvendige i halen for at foretage disse forskellige bevægelser.

Kompleks 'båd'

Dr Gadêlha sagde:"Hvis vi forestiller os, at kommunikationen til fjerne dele af halen er lidt som kommunikationen mellem blindfoldede roere i en kanobåd. Blindfoldede roere kan ikke se hinandens bevægelse for at kommunikere, hvilken bevægelse de skal foretage, og i mangel af råben til hinanden, de må i stedet mærke bådens mekanik og den bevægelse, som hver roer foretager for at synkronisere deres bevægelse.

"Det ser ud til, at molekylmotorerne - 'roerne' inde i sædhalen - gør en lignende ting, men i en meget mere kompleks 'båd'.

"Mekanismen i en sædhale skaber først en glidende bevægelse mellem filamenter, inde i denne cylindrisk arrangerede struktur, resulterer til sidst i en halebøjning, lidt ligesom stemplet, der konverterer frem og tilbage bevægelse til rotation af hjulet på et tog. Enhver bevægelse i denne komplekse sekvens ser ud til at kunne udløse bevægelse lige til de fjerne dele af halen.

"Det store spørgsmål er nu, er særlige fjedre i halen koblet til at overføre specifik biomekanisk information, og er disse 'roere' selvorganiserede?

Forskningen er publiceret i Journal of the Royal Society Interface .