Завязнувшие в жидкости сперматозоиды предпочитают держаться группами

Физики, изучающие движение сперматозоидов быка в различных типах жидкостей, обнаружили, что маленькие "пловцы" собираются в небольшие группы, если окружающая жидкость является вязкоупругой. Такие жидкости – в том числе биологическая слизь – отличаются тем, что их можно растянуть, после чего они вновь вернутся в былую форму. В случае же, если жидкость не отличается эластичностью, сперматозоиды, как правило, плавают в одиночку.

"Вязкоупругие жидкости крайне распространены в биологии. К ним относится носовая слизь, естественная смазка и, например, расплавленный сыр моцарелла. Слизь из репродуктивного тракта также относится к вязкоупругим жидкостям, – объясняет один из авторов исследования доктор Чих-куань Тун (Chih-kuan Tung) из Государственного техническго и сельскохозяйственного университета Северной Каролины. – Наше исследование основывалось не на простом физическом любопытстве. Мы изучали среду, которую сперматозоидам действительно приходится преодолевать".

Несмотря на активную конкуренцию, которая предшествует достижению и оплодотворению яйцеклетки, между плавающими сперматозоидами некоторых видов наблюдается явное сотрудничество (это, кстати, касается и сперматозоидов человека). Так, у некоторых грызунов сперматозоиды даже имеют крючковидную головку, что помогает им сцепляться в своеобразный "поезд".

Доктора Туна и его коллег интересовало, будут ли группы сперматозоидов плавать вместе или распадаться в разных типах жидкостей.

"Если вы внимательно посмотрите на их взаимодействие, то увидите, насколько это динамичный процесс, – поясняет Тун. – К кластеру присоединяются новые клетки, а некоторые, в свою очередь, покидают его. Это похоже на поведение молекул на границе жидкого и газообразного состояния – свободные "пловцы" ведут себя подобно молекулам газа, в то время как поведение групп похоже на молекулы воды. Подобные аналогии помогают нам лучше понять явление".

Исследователи размещали образцы спермы быков в различных типах жидкостей, с разным количеством эластичного полимера – как оказалось, именно этот параметр ключевым образом влиял на поведение одноклеточных "пловцов".

"При более высокой концентрации полимера жидкость становилась более вязкоупругой, в результате чего образовывались более крупные кластеры, – объясняет Тун. – Любопытно, что при добавлении полимера, который делал жидкость более вязкой, но не более эластичной, не наблюдалось формирования скоординированных групп – время от времени ненадолго сперматозоиды собирались вместе, но почти тут же распадались".

В настоящий момент команда точно не может сказать, почему вязкоупругость жидкости настолько важна для сперматозоидов и их синхронизации. Сейчас учёные изучают их движение с помощью высокоскоростных камер. Вполне возможно, что, учитывая значимость данного параметра, его можно будет задействовать для улучшения процедур ЭКО.

В более широком смысле учёные полагают, что нашли ценный инструмент для изучения коллективного поведения, заключённый в такой простой форме. Ведь сперматозоиды представляют собой элементарную структуру, в то время как стая птиц или косяк рыб состоят из более сложных, непредсказуемых организмов.

Выводы исследователей были представлены на собрании Американского физического общества в Балтиморе.