Forskare vid University of York har visat att en spermisvans använder sammankopplade elastiska fjädrar för att överföra mekanisk information till avlägsna delar av svansen, hjälper den att böja sig och slutligen simma mot ett ägg.

Tidigare studier, för ungefär 50 år sedan, visade att spermiens svans, eller flagellum, består av ett komplext filamentsystem, anslutna med elastiska fjädrar som liknar en cylinderliknande struktur. Under många år trodde forskare att detta system försåg spermasvansen med en byggnadsställning, låta den simma i en fientlig miljö mot ett ägg.

Ny forskning vid University of York, dock, har visat, genom en matematisk modell, att detta system inte bara behövs för att upprätthålla svansstrukturen, men det är också viktigt för hur det överför information till mycket avlägsna delar av svansen, låta den böja och röra sig på sitt eget unika sätt.

Tydlig rörelse

Dr Hermes Gadêlha, matematisk biolog vid universitetets matematiska institution, sade:"Spermiflagella med denna typ av inre struktur kan ses i nästan alla former av liv. Intressant nog, även om spermasvansen har en inre struktur som är bevarad över de flesta arter - djur och människor - skapar de alla lite olika rörelser för att nå ett ägg.

"Detta tyder på att svansens struktur inte är hela historien om hur de gör sin distinkta svansböjande rörelse."

Dr Gadêlha och medarbetare hade tidigare utvecklat en matematisk formel för hur spermier rör sig rytmiskt genom vätska, skapa tydliga vätskemönster, men forskare behövde nu förstå vad som hände inuti spermans svans som gjorde att de kunde röra sig på detta sätt.

Död sperma

För att förstå svansens struktur, forskare undersökte hur olika delar av svansen böjdes genom att flytta svansen på en död sperma. Överraskande en rörelse som började nära spermiens huvud, resulterade i en böjning i motsatt riktning vid svansspetsen, kallade 'motböjningsfenomenet', vilket tyder på att mekanisk information överförs längs de sammankopplade elastiska banden för att skapa rörelse längs hela svansens längd.

Dr Gadêlha beräknade dessa böjningsrörelser för att bilda en matematisk modell som skulle hjälpa att hypotesera de triggers som behövs i svansen för att göra dessa distinkta rörelser.

Komplex "båt"

Dr Gadêlha sa:"Om vi ​​föreställer oss att kommunikationen till avlägsna delar av svansen är lite som kommunikationen mellan ögonbindlade roddare i en kanotbåt. Ögonbindare som roar kan inte se varandras rörelse för att kommunicera vilken rörelse de ska göra, och i avsaknad av att skrika till varandra, de måste istället känna båtens mekanik och rörelsen som varje roddare gör för att synkronisera sin rörelse.

"Det verkar som om molekylmotorerna -" roddarna "inuti spermasvansen - gör en liknande sak, men i en mycket mer komplex "båt".

"Mekanismen hos en spermisvans skapar först en glidande rörelse mellan filament, inuti denna cylindriskt anordnade struktur, slutligen resulterade i en svansböjning, lite som kolven som omvandlar fram och tillbaka rörelse till rotation av hjulet på ett tåg. Varje rörelse i denna komplexa sekvens tycks kunna utlösa rörelse ända fram till de avlägsna delarna av svansen.

"Den stora frågan nu är är speciella fjädrar i svansen kopplade för att överföra specifik biomekanisk information, och bara är dessa "roddare" självorganiserade?

Forskningen publiceras i Journal of the Royal Society Interface .