211service.com
Pussel av spermier och ytattraktion
1963 fann zoologen Lord Rothschild att spermieceller i en droppe tjursperma tenderade att fördela sig på ett specifikt icke slumpmässigt sätt. Av någon anledning var det mycket mer sannolikt att de befann sig nära droppens yta än nära dess mitt.
Sedan dess har många biologer noterat det faktum att spermieceller av alla slag tenderar att samlas nära en yta snarare än på den eller långt borta från den. Faktum är att de tenderar att navigera på ett visst avstånd från en yta som täckglaset eller objektglaset under ett mikroskop, ett beteende som har visat sig vara mycket användbart för biologer som studerar dessa celler.
Just varför spermier ska bete sig på detta sätt har länge förbryllat biologer. Nu kastar David Smith och John Blake vid University of Birmingham i Storbritannien lite ljus över saken genom att skapa en vätskedynamikmodell av en simmande spermiecell och de krafter som verkar på denna skala.
Deras slutsats är att ackumuleringen nära ytor är en effekt enbart av vätskedynamik snarare än någon form av ytsökande beteende hos spermierna själva. Effekten är dock subtil och framträder endast i långa simuleringar av spermiers beteende i vätskor
Smith och Blake säger att det finns flera effekter på jobbet. För det första finns det en mycket svag vätskedynamisk kraft som drar celler mot en yta.
Men av olika anledningar tenderar en spermiecell att inta en specifik attityd när den kommer nära en yta: svansen tenderar att sitta närmare ytan än huvudet. Denna lutning gör att spermierna simmar bort från ytan.
Till detta kommer en spermies naturliga pitchrörelse när den simmar, vilket gör att den simmar först bort från och sedan mot en yta.
Smith och Blake simulerade effekten av dessa krafter och itererade dem. De fann att efter 8000 cykler, skulle en spermies simbana alltid tendera mot ett visst avstånd från ytan. Ytan attraherar inte bara cellen; det orsakar växelvis stigning mot och bort från ytan som styr cellen till detta fifinita avstånd, säger de.
Denna konvergens till ett specifikt avstånd från en yta tar tid. Men Smith och Blake säger att storleken och formen på cellhuvudet påskyndar detta avsevärt.
Så det är en subtil effekt som räcker långt för att klara upp detta långvariga mysterium.
Det väcker dock en rad andra frågor, som varför spermier kommer att ha denna märkliga egenskap i det första fallet. Är det en artefakt som endast observeras under de mycket konstgjorda omständigheter som uppstår under täckglas och mikroskop? Eller är det biologiskt betydelsefullt, i vilket fall hur utvecklades det och varför?
Och slutligen, kan denna bättre förståelse av spermiers beteende användas i fertilitetsbehandlingar? Ungefär 1 av 6 par i västvärlden har problem med att bli gravida och av dessa anses ungefär hälften vara resultatet av problem med sperma.
En bättre förståelse för spermiers rörlighet kommer säkert en dag att hjälpa och kan också vara viktig inom andra områden, såsom husdjursuppfödning och bevarande av vilda djur.
Ref: arxiv.org/abs/1007.2153 : Ytansamling av spermier: ett vätskedynamiskt fenomen