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精子是怎么“游泳”的?尾部有弹簧促向卵细胞游动

发布时间: 2018-08-18

  据国外媒体报道,目前,科学家最新研究显示,当人类精子细胞游动时,获得额外的向前动力,这是由于精子细胞尾部的“连通弹簧”,它们与尾部其它区域进行通讯。

  研究人员称,这些“弹簧”传输机械信息至尾部遥远部分,当它蠕动朝向卵子细胞时可帮助它弯曲。多年以来,科学家知道精子具有一种独特尾部,或者叫做鞭毛(flagellum),能够帮助它游动。例如:50年前的研究表明,鞭毛是由复杂的细丝系统构成,通过弹簧彼此连通,使尾部具有一个类似圆筒的结构。

  研究人员通常认为,精子细胞中的弹簧系统以及一个脚手架装置,将帮助它朝向卵细胞游动。这项最新研究表明,弹簧系统不仅维持尾部结构,也能传递信息至尾部遥远区域,使它弯曲,并沿着自己的路径游动。

  研究报告作者、英国约克大学数学生物学家赫耳墨斯·加德尔哈(Hermes Gadelha)称,精子鞭毛具有的某些内部结构几乎能在所有生命形式中看到,有趣的是,虽然人类和动物的精子尾部具有一种内部结构,但是它们以不同的运动方式朝向卵细胞游动。

  在之前的实验中,加德尔哈和同事建立了一个数学公式,用于描述精子如何有节奏地穿过液体物质。在这项最新研究中,他们调查研究了死亡精子的尾部,从而更好地理解精子是如何游动的。

  死亡精子的尾部帮助研究人员理解当精子游动时尾部不同部分如何弯曲的,有趣的是,他们观察到精子头部附近开始运动时尾部末端会产生一个反方向的弯曲,这叫做逆倾向现象。

  加德尔哈指出,这种现象表明机械信息沿着精子尾部长度通过连通弹性纤维进行传输,他使用一种数学模型计算了这些弯曲运动,从而研究人员能够理解将这些运动传输至尾部需要触发何种机制。尾部遥远部分的通讯有点儿像被蒙上眼睛桨手在独木舟上与同伴之间的通讯,被蒙上眼睛桨手无法看到船只运动,只能通过语言交流掌握船只行进状况,在与其他人不能大声叫喊的情况下,他们必须感觉船只力学和每位桨手的运动,从而与其他桨手同步划桨。

  精子细胞中的“分子马达”以类似的方式进行沟通,但是在“更加复杂的船上”。首先,精子尾部在细丝之间形成一种滑移运动,这些细丝位于圆筒排列结构之中。这将导致尾部弯曲,有点儿像转换前后运动的活塞促进火车车轮旋转,这个复杂序列的任何运动能够抵达尾部遥远部分。

  加德尔哈强调称,目前存在一个较大的问题,尾部是否存在特殊弹簧结构结合起来,用于传递特殊生物力学信息?这项最新研究报告发表在5月31日出版的《皇家学会界面杂志》上。


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