Scienziati dell'Università di York hanno dimostrato che una coda di sperma utilizza molle elastiche interconnesse per trasmettere informazioni meccaniche a parti distanti della coda, aiutandolo a piegarsi e infine a nuotare verso un uovo.

Studi precedenti, di circa 50 anni fa, ha mostrato che la coda dello sperma, o flagello, era costituito da un complesso sistema di filamenti, collegati da molle elastiche che ricordano una struttura cilindrica. Per molti anni gli scienziati hanno creduto che questo sistema fornisse alla coda dello sperma un'impalcatura, permettendogli di nuotare in un ambiente ostile verso un uovo.

Nuova ricerca all'Università di York, però, ha mostrato, attraverso un modello matematico, che questo sistema non è solo necessario per mantenere la struttura della coda, ma è anche vitale come trasmette le informazioni a parti molto distanti della coda, permettendogli di piegarsi e muoversi nel suo modo unico.

Movimento distinto

Dottor Hermes Gadêlha, biologo matematico presso il Dipartimento di Matematica dell'Università, ha detto:"I flagelli spermatici con questo tipo di struttura interna possono essere visti in quasi tutte le forme di vita. È interessante notare che sebbene la coda dello sperma abbia una struttura interna che è conservata nella maggior parte delle specie - animali e umane - creano tutti movimenti leggermente diversi per raggiungere un uovo.

"Questo suggerisce che la struttura della coda non è l'intera storia di come fanno il loro distinto movimento di flessione della coda".

Il dottor Gadêlha e i suoi collaboratori avevano precedentemente sviluppato una formula matematica per il modo in cui gli spermatozoi si muovono ritmicamente attraverso il fluido, creando modelli fluidi distinti, ma gli scienziati ora avevano bisogno di capire cosa stava succedendo all'interno della coda dello sperma che permetteva loro di muoversi in questo modo.

sperma morto

Per comprendere la struttura della coda, gli scienziati hanno esaminato come le diverse parti della coda si piegassero spostando la coda di uno spermatozoo morto. Sorprendentemente un movimento che è iniziato vicino alla testa dello sperma, ha provocato una piegatura in direzione opposta alla punta della coda, chiamato "fenomeno di controcurvatura", suggerendo che le informazioni meccaniche vengono trasmesse lungo gli elastici interconnessi al fine di creare movimento lungo l'intera lunghezza della coda.

Il dott. Gadêlha ha calcolato questi movimenti di flessione per formare un modello matematico che aiuterebbe a ipotizzare i trigger necessari all'interno della coda per eseguire questi movimenti distinti.

"barca" complessa

Il dottor Gadêlha ha detto:"Se immaginiamo che la comunicazione alle parti distanti della coda sia un po' come la comunicazione tra rematori bendati su una canoa. I rematori bendati non possono vedere il movimento dell'altro per comunicare quale movimento fare, e in assenza di gridarsi l'un l'altro, devono invece sentire la meccanica della barca e il movimento che ogni vogatore sta facendo per sincronizzare il proprio movimento.

"Sembra che i motori molecolari - i "vogatori" all'interno della coda dello sperma - stiano facendo una cosa simile, ma in una 'barca' molto più complessa.

"Il meccanismo della coda dello spermatozoo crea prima un movimento di scorrimento tra i filamenti, all'interno di questa struttura disposta cilindricamente, infine con conseguente flessione della coda, un po' come il pistone che converte il movimento avanti e indietro in rotazione della ruota su un treno. Qualsiasi movimento in questa complessa sequenza sembra essere in grado di innescare il movimento fino alle parti distanti della coda.

"La grande domanda ora è, sono particolari molle nella coda accoppiate per trasmettere informazioni biomeccaniche specifiche, e questi "vogatori" si auto-organizzano?

La ricerca è pubblicata su Journal of the Royal Society Interface .