科学新发现难以捉摸的分子可以帮助精子找到卵子

此前研究表白细胞中钙浓度转变的速度节制着精子的游动行为，可以计较钙的动力学并作出响应的反映。精子只有一个方针：找到卵子。卵子经由过程发出引诱剂来撑持精子。钙离子决议了精子从头至尾巴的跳动模式，使精子可以或许活动。来自德国德累斯顿马克斯普朗克复杂系统物理研究所和哥廷根年夜学，波恩凯撒研究中间的科学家们，马克斯普朗克协会的一个研究所，发现精子只会对钙浓度的转变做出反映，而不会对钙浓度自己做出反映。很可能是精子做了如许的计较，所以即使在钙浓度高的环境下，它们仍然可以或许勾当。

博科园-科学科普：精子随卵子交配的呼喊而游动路径因物种而异。精子（尤其是那些海洋物种）在化学浓度梯度下沿着盘曲的路径游动。它们的游动体例是由精子从头至尾部钙离子节制。以前人们认为，在高浓度的钙中，精子从头至尾巴会做出不合错误称的、鞭状的活动，它们的游动路径很是弯曲，而在低浓度的钙中，从头至尾巴会对称地摆动，精子会沿着一条直线游动。高钙和低钙浓度的瓜代被认为可以鞭策精子沿着螺旋形的游动路径进步。然而这个简单的模子被自由游动的精子尝试否认了，并给研究人员带来了一些神秘的工具。科学家们此刻已经当作功地解开了这个谜。操纵巧妙的频闪激光照明（近似于在迪迪克斯的激光照明）项目负责人路易斯·阿尔瓦雷斯可以或许具体地追踪精子的活动，同时测量钙离子浓度的转变。

• 卵子和精子，这些精子的图片来自安东尼·范·列文赫耶克的一篇文章，他在1678年的《哲学买卖》上颁发了第一次显微镜发现精子。图片：René Pascal of Caesar, Bonn

成果是惊人的：精子从头至尾只对钙浓度的时候导数发生反映，而绝对浓度几乎没有相关性。科学家们思疑精子在两种卵白质的帮忙下连系钙离子，从而缔造出一种“化学衍生物”。可是为什么精子要进行这种复杂的计较我们第一次在上中学的程度？吸引剂的浓度，是以，精子中的钙浓度在卵子四周很高。这个数学技巧可能使精子可以或许在钙浓度如斯高的环境下进行反映。除了钙，很多其他信使物质节制细胞功能。是以，细胞是否也可能进行复杂的化学计较，包罗其他信使物质？波恩的科学家们接下来想研究这个主要的问题。

而在最新研究发现是附属于海洋生物尝试室(MBL)的科学家们已经发现了一种关头的分子，可以或许在海洋无脊椎动物的精子和卵细胞之间发生化学吸引力，这项研究比来颁发在《天然通信》上。100多年前，芝加哥年夜学MBL的本家儿任F.R. Lillie发现，海洋无脊椎动物的卵子会释放一种化学因子来吸引精子，这一过程被称为趋化。就精子而言，它们会沿着化学梯度游到卵细胞，而精子从头至尾部钙离子(Ca2+)浓度的脉动会节制精子的跳动。在曩昔的几年里，很多将化学引诱剂刺激转化为Ca2+反映的细胞当作分已经被发现，可是一个关头的当作分已经丢掉。精子情况中Ca2+离子进入从头至尾巴的先决前提是，精子细胞的pH值变得更碱性，导致pH值转变的分子一向难以捉摸。

在这份新陈述中，德国波恩的欧洲高级研究中间(Caesar)MBL惠特曼中间科学家U. Benjamin Kaupp判定出了这种分子。Kaupp在MBL渡过了18个炎天，跟从F.R. Lillie最初的摸索进行研究。Kaupp和同事识别出的分子许可钠离子流入精子细胞，作为互换，将质子从细胞中输送出去。这种所谓的钠/质子互换器已经有很长一段时候了，可是这个是特别的。这是一个与离子通道共享布局特征的嵌合体，称为起搏器通道，它节制着我们年夜脑中的心跳和电勾当。

精子细胞中的钠/质子互换，就像起搏器通道中的钠/质子互换一样，被一种叫做电压传感器的带正电荷氨基酸所激活。当精子捕捉化学引诱分子时，电压变得更低，因为钾通道打开，钾离子分开细胞。电压传感器记实这个电压转变，互换器起头从电池中输出质子；细胞内部变得更碱性。当这种机制掉效时，精子从头至尾部的Ca2+脉冲被按捺，精子在进入卵子的过程中丢掉。

博科园-科学科普｜参考期刊文献 :《Nature Communications》｜研究/来自：Max-Planck-Gesellschaft，海洋生物尝试室，DOI: 10.1038/s41467-018-05253-x ，

博科园-传递宇宙科学之美