Сперматозоиды умеют считать

Скорость изменения концентрации кальция в клетке контролирует характер движения сперматозоидов. Они способны вычислять динамику кальция и реагировать соответственно.

Единственная цель сперматозоида — найти яйцеклетку. Яйцеклетка помогает им в этом, выделяя аттрактанты. Ионы кальция определяют характер биения хвоста сперматозоида, что позволяет ему двигаться. Учёные из исследовательского центра caesar в Бонне (институт Общества Макса Планка) вместе с коллегами из Института физики сложных систем Макса Планка в Дрездене и Гёттингенского университета обнаружили, что сперматозоиды реагируют только на изменения концентрации кальция, но не на саму концентрацию. Вероятно, сперматозоиды производят это вычисление, чтобы сохранять способность к маневрированию даже при высоких концентрациях кальция.

Траектория движения сперматозоидов по химическому градиенту к яйцеклетке варьируется у разных видов. Ранее считалось, что при высокой концентрации кальция хвост совершает асимметричные, кнутообразные движения, и путь становится извилистым, а при низкой — бьётся симметрично, и сперматозоид плывёт прямо. Чередование высоких и низких концентраций, как предполагалось, заставляло сперматозоиды двигаться по спирали. Однако эта простая модель была опровергнута экспериментами.

Учёным удалось решить эту загадку. Используя остроумное стробоскопическое лазерное освещение, руководитель проекта Луис Альварес смог детально отследить движение сперматозоида и одновременно измерить изменения концентрации кальция. Результат был удивительным: хвост сперматозоида реагировал только на временную производную концентрации кальция, а абсолютная концентрация имела мало значения. Проще говоря: сперматозоиды умеют считать! Как именно они это делают, неясно. Учёные предполагают, что сперматозоиды связывают ионы кальция с помощью двух белков, создавая, так сказать, «химическую производную».

Зачем сперматозоидам этот сложный расчёт? Концентрация аттрактантов и, следовательно, кальция в сперматозоиде очень высока вблизи яйцеклетки. Этот математический трюк, вероятно, позволяет сперматозоидам сохранять способность реагировать даже при таких высоких концентрациях.

Помимо кальция, многие другие сигнальные вещества контролируют функции клеток. Возможно ли, что клетки также выполняют сложные химические вычисления с участием других мессенджеров? Боннские учёные планируют исследовать этот важный вопрос далее.