Оказывается, сперматозоиды лучше плывут против течения, когда они плавают вместе. Несмотря на популярную идею о том, что в гонке за оплодотворением побеждает самая быстрая и приспособленная мужская репродуктивная клетка, исследования показали, что сперматозоиды часто объединяются, чтобы перемещаться по женским репродуктивным путям у широкого спектра видов млекопитающих. Новое исследование, опубликованное в журнале Frontiers in Cell and Development Biology, предлагает несколько убедительных причин недавно выявленного кластерного поведения.
Предыдущие исследования команды, проведенные учеными из Университета штата Северная Каролина и Корнельского университета, показали, что сперматозоиды естественным образом сближаются, не прикрепляясь друг к другу, когда плавают в вязкоупругой жидкости. Это тип жидкости, с которой сталкиваются сперматозоиды, мигрирующие через шейку матки и матку в яйцевод, где происходит оплодотворение яйцеклетки. Термин вязкоупругость относится как к толщине, так и к эластичности.
Однако команды не связанных сперматозоидов не обгоняют одиночных пловцов, как это происходит в других примерах группового поведения. Например, головка сперматозоида лесной мыши имеет крючок, который физически прикрепляет ее к другим сперматозоидам, соединяя сотни и тысячи в своего рода поезд сперматозоидов, который быстрее, чем одиночный сперматозоид.
Идем против течения
Ученые хотели изучить возможные биологические преимущества этого, казалось бы, странного поведения в масштабах и в условиях, которые нелегко изучить, в частности, потоки вязкоупругой жидкости, протекающие по узким каналам в женских половых путях. В серии экспериментов с использованием бычьей спермы (хорошая модель для человеческой разновидности) и микрофлюидного устройства для имитации физических параметров женского тракта они наблюдали, как сперматозоиды, сгруппированные в вязкоупругой жидкости, реагировали на различные сценарии течения.
Они обнаружили три потенциальных биологических преимущества кластеризации сперматозоидов, основанные на силе течения, против которого должны двигаться сперматозоиды. Во-первых, при отсутствии потока скопившиеся сперматозоиды, по-видимому, реже меняют направление и плывут по более прямой линии. Против слабого или среднего течения сгруппированные сперматозоиды лучше выровнены, как косяк рыб, направляющийся вверх по течению. Наконец, при высоких физиологических скоростях потока, по-видимому, обеспечивается безопасность численности от того, чтобы быть унесенными сильным потоком.
"В целом, я бы сказал, что выявление преимуществ подвижности, которые не являются повышением скорости, не является обычным и, следовательно, значительным. В некотором смысле мы открываем новые возможности для изучения характеристик спермы ", - отметил доктор Чи-куан Тунг, соавтор и доцент кафедры физики в Университете штата Северная Каролина.
Фертильность нуждается в физике
Как опытный физик, Тунг сказал, что его особенно заинтриговала защитная динамика, действующая, когда поток самый сильный. "Это может напоминать формирование пелотона на велосипеде, хотя механика жидкости для сперматозоидов резко отличается от байкеров. Мы, конечно, хотели бы узнать об этом больше ".
Наблюдение за перемещением сперматозоидов - это не просто научный вид спорта. Лучшее понимание физики того, как сперматозоиды проходят через сложный женский репродуктивный тракт для оплодотворения яйцеклетки, может иметь значение для лечения бесплодия и за его пределами.
"В долгосрочной перспективе наше понимание может обеспечить лучший отбор спермы, используемой для таких вмешательств, как экстракорпоральное оплодотворение или другие технологии вспомогательной репродукции", - сказал Тунг. "Это может быть необходимо, поскольку [эти методы] обычно пропускают некоторые или все механизмы отбора, присутствующие в женском тракте, и дают менее благоприятные результаты".