Сперматозоиды не просто плывут, а «ввинчиваются» вперед

Исследователи из Университета Монаша обнаружили, что плавающие сперматозоиды создают в жидкости завихрения в форме вращающегося штопора, что дает им дополнительное ускорение в гонке к яйцеклетке.

Исследование, опубликованное в Cell Reports Physical Science, показывает, что эти вихри прикрепляются к клетке сперматозоида и вращаются синхронно с ней, добавляя дополнительное вращение. Это усиливает движение вперед и помогает сохранять прямой путь в жидкости.

«Представьте, что вы берете прямую резиновую ленту и скручиваете ее в спираль. Теперь добавьте еще один виток, чтобы создать суперспираль — туго скрученную, дополнительно закрученную структуру», — сказал профессор Реза Носрати из Университета Монаша.

«Для сперматозоида этот дополнительный закрученный вихрь в жидкости усиливает их движение, следует за ними, затягиваясь, и позволяет им плыть более эффективно».

В совместном проекте лаборатории прикладной микрофлюидики и биоинженерии (AMB) под руководством профессора Резы Носрати и группы механики жидкостей под руководством профессора Ивана Марусича из Мельбурнского университета исследователи использовали передовую визуализацию для реконструкции 3D-поля потока вокруг сперматозоида.

Их результаты показали, как штопорообразные структуры потока влияют на движение.

«Когда сперматозоид плывет, его жгутик (хвост) создает биение, которое генерирует завихрения в жидкости, что может оптимизировать его движение в репродуктивном тракте. По-настоящему увлекательно то, как эти спиралевидные "отпечатки" в окружающей жидкости прикрепляются к телу сперматозоида и вращаются синхронно, добавляя дополнительную тягу».

Профессор Носрати отметил, что понимание того, как сперматозоиды взаимодействуют с жидкой средой, имеет решающее значение для репродуктивной науки.

«Размер и сила этих структур потока могут влиять на взаимодействие сперматозоидов с близлежащими поверхностями, другими сперматозоидами или даже с самой яйцеклеткой».

Исследование развивает предыдущую работу команды профессора Носрати по визуализации подвижности сперматозоидов вблизи поверхностей. Однако впервые исследователям удалось одновременно зафиксировать и движение жгутика, и окружающее 3D-потока, что дало беспрецедентное понимание механики движения сперматозоидов.

Помимо исследований фертильности, результаты имеют более широкое значение для понимания того, как движутся и прикрепляются к поверхностям другие микроскопические пловцы, например бактерии. Это может помочь в изучении распространения инфекций или формирования биопленок.

«Эта визуализация помогает нам лучше понять динамику жидкостей и то, как сперматозоиды и другие микроорганизмы перемещаются в различных жидкостях».