Сперматозоиды эффективнее плывут против течения в командах
Исследование показывает, что сперматозоиды лучше преодолевают течение, когда плывут вместе.
Несмотря на распространённое представление о том, что в гонке за оплодотворение побеждает самый быстрый и жизнеспособный сперматозоид, исследования показывают, что сперматозоиды часто объединяются для навигации по женским репродуктивным путям у многих видов млекопитающих. Новое исследование, опубликованное в журнале Frontiers in Cell and Developmental Biology, предлагает убедительные причины для недавно обнаруженного поведения — образования кластеров.
Предыдущая работа этой же команды учёных из Университета штата Северная Каролина A&T и Корнеллского университета впервые показала, что сперматозоиды в вязкоупругой жидкости естественным образом сближаются, не прикрепляясь друг к другу. Именно с такой жидкостью (обладающей и вязкостью, и упругостью) они сталкиваются, мигрируя через шейку матки и матку к яйцеводу, где происходит оплодотворение.
Однако такие группы неприкреплённых сперматозоидов не обгоняют одиночек, в отличие от других примеров коллективного поведения. Например, сперматозоиды лесной мыши имеют крючок на головке, который физически прикрепляет их друг к другу, образуя «поезд» из сотен или тысяч клеток, плывущий быстрее одиночек.
Против течения
Исследователи хотели изучить возможные биологические преимущества этого странного поведения в условиях, сложных для изучения, — а именно, в потоках вязкоупругой жидкости, текущей по узким каналам женского репродуктивного тракта. В серии экспериментов с бычьей спермой (хорошей моделью для человеческой) и микрофлюидным устройством, имитирующим физические параметры женского тракта, они наблюдали, как кластеры сперматозоидов в вязкоупругой жидкости реагируют на разные сценарии течения.
Были обнаружены три потенциальных биологических преимущества кластеризации в зависимости от силы встречного течения:
- Без течения: сгруппированные сперматозоиды реже меняют направление и плывут по более прямой траектории.
- При слабом или умеренном течении: кластеры лучше выстраиваются против потока, подобно косяку рыб, плывущему вверх по течению.
- При сильном физиологическом течении: наблюдается «безопасность в числах» — меньше риск быть снесённым мощным потоком.
«В целом, я бы сказал, что выявление преимуществ в подвижности, не связанных с увеличением скорости, — явление необычное и поэтому значимое. В некотором смысле мы открываем новые пути для изучения эффективности сперматозоидов», — отметил соавтор работы доктор Чи-куан Тунг, доцент кафедры физики Университета штата Северная Каролина A&T.
Физика фертильности
Как физик, Тунга особенно интригуют защитные динамические эффекты при сильнейшем течении: «Это может напоминать образование пелотона в велоспорте, хотя гидродинамика для сперматозоидов радикально отличается. Мы определённо хотим узнать об этом больше».
Наблюдение за сперматозоидами — не просто научный спорт. Лучшее понимание физики того, как они перемещаются по сложному женскому репродуктивному тракту для оплодотворения яйцеклетки, может иметь значение для лечения бесплодия и не только.
«В долгосрочной перспективе наши знания могут обеспечить лучший отбор сперматозоидов для таких вмешательств, как экстракорпоральное оплодотворение (ЭКО) или другие вспомогательные репродуктивные технологии, — сказал Тунг. — Это может быть необходимо, поскольку [эти методы] обычно пропускают некоторые или все механизмы отбора, присутствующие в женском тракте, и дают менее благоприятные результаты».