Los científicos de la Universidad de York han demostrado que una cola de esperma utiliza resortes elásticos interconectados para transmitir información mecánica a partes distantes de la cola. ayudándolo a doblarse y finalmente nadar hacia un huevo.

Estudios previos, desde hace aproximadamente 50 años, mostró que la cola del esperma, o flagelo, estaba formado por un complejo sistema de filamentos, conectados por resortes elásticos que se asemejan a una estructura cilíndrica. Durante muchos años, los científicos creyeron que este sistema proporcionaba un andamio a la cola de los espermatozoides, permitiéndole nadar en un ambiente hostil hacia un huevo.

Nueva investigación en la Universidad de York, sin embargo, ha mostrado, a través de un modelo matemático, que este sistema no solo es necesario para mantener la estructura de la cola, pero también es vital para cómo transmite información a partes muy distantes de la cola, lo que le permite doblarse y moverse a su manera única.

Movimiento distinto

Dr. Hermes Gadêlha, biólogo matemático del Departamento de Matemáticas de la Universidad, dijo:"Los flagelos de esperma con este tipo de estructura interna se pueden ver en casi todas las formas de vida. Curiosamente, aunque la cola de los espermatozoides tiene una estructura interna que se conserva en la mayoría de las especies, animales y humanos, todas crean movimientos ligeramente diferentes para llegar a un óvulo.

"Esto sugiere que la estructura de la cola no es toda la historia de cómo hacen su movimiento distintivo de flexión de la cola".

El Dr. Gadêlha y sus colaboradores habían desarrollado previamente una fórmula matemática para la forma en que los espermatozoides se mueven rítmicamente a través del fluido, creando patrones de fluidos distintos, pero los científicos ahora necesitaban comprender qué estaba sucediendo dentro de la cola de los espermatozoides que les permitía moverse de esta manera.

Esperma muerto

Para comprender la estructura de la cola, Los científicos examinaron cómo se doblaban las diferentes partes de la cola al mover la cola de un espermatozoide muerto. Sorprendentemente, un movimiento que comenzó cerca de la cabeza del esperma, resultó en una curva en dirección opuesta en la punta de la cola, llamado el 'fenómeno de contraflexión', sugiriendo que la información mecánica se transmite a lo largo de las bandas elásticas interconectadas para crear movimiento a lo largo de toda la cola.

El Dr. Gadêlha calculó estos movimientos de flexión para formar un modelo matemático que ayudaría a formular hipótesis sobre los factores desencadenantes necesarios dentro de la cola para realizar estos movimientos distintos.

Complejo 'barco'

El Dr. Gadêlha dijo:"Si imaginamos que la comunicación con partes distantes de la cola es un poco como la comunicación entre remeros con los ojos vendados en una canoa. Los remeros con los ojos vendados no pueden ver el movimiento del otro para comunicar qué movimiento hacer, y a falta de gritarnos, en cambio, deben sentir la mecánica del bote y el movimiento que hace cada remero para sincronizar su movimiento.

"Parece que los motores moleculares, los 'remeros' dentro de la cola del esperma, están haciendo algo similar, pero en un 'barco' mucho más complejo.

"El mecanismo de una cola de esperma primero crea un movimiento deslizante entre filamentos, dentro de esta estructura dispuesta cilíndricamente, finalmente resulta en una flexión de la cola, un poco como el pistón que convierte el movimiento de ida y vuelta en rotación de la rueda de un tren. Cualquier movimiento en esta compleja secuencia parece ser capaz de desencadenar un movimiento hasta las partes distantes de la cola.

"La gran pregunta ahora es, son resortes particulares en la cola acoplados para transmitir información biomecánica específica, ¿Y estos 'remeros' se autoorganizan?

La investigación se publica en Revista de la interfaz de la Royal Society .