Микроскоп с высокоскоростной камерой и компьютерное моделирование показали, что сперматозоиды плавают не за счет боковых движений хвоста, а быстро вращаясь всем телом.
©Cornel Dillinger, ETH Zurich
Сперматозоиды были в числе первых объектов микромира, которые наблюдал создатель первого полноценного микроскопа Антони ван Левенгук. Он заметил, что эти крошечные «анималькули» движутся за счет быстрых биений хвоста, словно змеи или плавающие в воде угри. С тех пор прошло почти 350 лет, и поколения любознательных людей, заглядывая в микроскопы, видели извивающиеся сперматозоиды — и не задумывались, что это лишь иллюзия.
Новые точные данные показывают, что движение этих клеток происходит совсем иначе и они не извиваются по-змеиному, а ввинчиваются в жидкость, вращаясь, словно штопоры, делающие по 20-30 оборотов в секунду. Об этом рассказывается в статье, которую Гермес Гадела (Hermes Gadelha) из Бристольского университета и его коллеги опубликовали в журнале Science Advances.
Ученые сконструировали установку, которая позволяет наблюдать за сперматозоидами в жидкой среде с помощью микроскопа, оснащенного высокоскоростной видеокамерой, делающей 55 тысяч кадров в секунду в различных проекциях. Опираясь на такую съемку, авторы построили трехмерные модели движения сперматозоидов в 3D, обнаружив, что их «змеиные» изгибы и колебания — лишь иллюзия, закрепившаяся со времен ван Левенгука.
Длинные хвосты этих клеток оказались асимметричными и в движении быстро вращаются в одну сторону, закручивая и головку. При этом отдельные участки хвоста и голова прецессируют, колеблясь вокруг оси вращения, чтобы уравновешивать друг друга и обеспечивать перемещение в прямом направлении. Это и создает видимость изгибающихся движений, которой люди обманывались на протяжении стольких лет.
По словам авторов работы, в действительности плавание сперматозоидов напоминает не угрей, бьющих хвостом из стороны в сторону, а резвящихся выдр, которые входят в воду штопором, вращаясь и изгибаясь всем телом, чтобы уравновешивать асимметричность этих движений. «Симметрия возникает из асимметрии», — добавляет Гермес Гадела.
Новые, более точные представления о локомоции этих клеток позволят создать более совершенные методы лечения мужского бесплодия, которое часто бывает связано с нарушениями подвижности сперматозоидов, а возможно — и новые негормональные средства мужской контрацепции.
