Ученые из Йоркского университета показали, что сперматозоид использует взаимосвязанные упругие элементы, аналогичные пружинам, для передачи информации о требуемом движении в отдаленные части собственного хвоста.

Чтобы выполнить свою основную биологическую функцию – доставить генетический материал к яйцеклетке, – сперматозоид должен плыть, а для этого надо шевелить хвостом. Известно, что у половых клеток получаются правильные движения. Как? Ведь речь идет об одной клетке, у которой по определению нет нервной системы.

Известно, что жгутик (хвост) сперматозоида составлен из сложной системы нитей, соединенных упругими элементами. Все вместе они образуют подобие цилиндрической структуры. Новое исследование показало, что непростое соединение элементов нужно не только для сохранения формы.

«Интересно, что хвост сперматозоида имеет внутреннюю структуру, которая сохраняется у большинства видов животных, – и все они совершают похожие движения, чтобы достичь яйцеклетки», – говорит доктор Гермес Гаделья (Hermes Gadêlha), один из авторов работы.

Чтобы понять структуру жгутика, ученые исследовали, как различные его части сгибаются, двигая хвост мертвого сперматозоида. Удивительно, что движение, которое начиналось у головки, привело к повороту в противоположном направлении у кончика хвоста. Механическая информация передается вдоль взаимосвязанных эластичных элементов, чтобы создать движение по всей длине хвоста.

Изгибы хвоста были измерены, описаны и послужили основой для создания математической модели, описывающей движения и поведение участвующих в нем элементов. Оказалось, что к характерным изгибам приводит скользящее движение нитевидных элементов хвоста, преобразуемое конструкцией в поперечные сдвиги. Эта система слегка напоминает поршневой мотор, преобразующий возвратно-поступательное движение во вращение.

«Передача информации в отдаленные части хвоста немного напоминает общение между гребцами с завязанными глазами, сидящими в лодке. Они не могут видеть движения друг друга, чтобы ориентироваться в ситуации, и должны вместо этого чувствовать механику лодки и движения соседей, с которыми нужно синхронизироваться. Похоже, что молекулярные моторы – «гребцы» внутри жгутика – делают нечто подобное, но в гораздо более сложной «лодке»», – говорит Гаделья.

Ознакомиться с подробностями исследования можно в статье, опубликованной в Journal of the Royal Society Interface.