科學新發現難以捉摸的分子可以幫助精子找到卵子

此前研究表白細胞中鈣濃度轉變的速度節制著精子的游動行為，可以計較鈣的動力學并作出響應的反映。精子只有一個方針：找到卵子。卵子經由過程發出引誘劑來撐持精子。鈣離子決議了精子從頭至尾巴的跳動模式，使精子可以或許活動。來自德國德累斯頓馬克斯普朗克復雜系統物理研究所和哥廷根年夜學，波恩凱撒研究中間的科學家們，馬克斯普朗克協會的一個研究所，發現精子只會對鈣濃度的轉變做出反映，而不會對鈣濃度自己做出反映。很可能是精子做了如許的計較，所以即使在鈣濃度高的環境下，它們仍然可以或許勾當。

博科園-科學科普：精子隨卵子交配的呼喊而游動路徑因物種而異。精子（尤其是那些海洋物種）在化學濃度梯度下沿著盤曲的路徑游動。它們的游動體例是由精子從頭至尾部鈣離子節制。以前人們認為，在高濃度的鈣中，精子從頭至尾巴會做出不合錯誤稱的、鞭狀的活動，它們的游動路徑很是彎曲，而在低濃度的鈣中，從頭至尾巴會對稱地擺動，精子會沿著一條直線游動。高鈣和低鈣濃度的瓜代被認為可以鞭策精子沿著螺旋形的游動路徑進步。然而這個簡單的模子被自由游動的精子嘗試否認了，并給研究人員帶來了一些神秘的工具。科學家們此刻已經當作功地解開了這個謎。操縱巧妙的頻閃激光照明（近似于在迪迪克斯的激光照明）項目負責人路易斯·阿爾瓦雷斯可以或許具體地追蹤精子的活動，同時測量鈣離子濃度的轉變。

卵子和精子，這些精子的圖片來自安東尼·范·列文赫耶克的一篇文章，他在1678年的《哲學買賣》上頒發了第一次顯微鏡發現精子。圖片：René Pascal of Caesar, Bonn

成果是驚人的：精子從頭至尾只對鈣濃度的時候導數發生反映，而絕對濃度幾乎沒有相關性。科學家們思疑精子在兩種卵白質的幫忙下連系鈣離子，從而締造出一種“化學衍生物”。可是為什么精子要進行這種復雜的計較我們第一次在上中學的程度？吸引劑的濃度，是以，精子中的鈣濃度在卵子四周很高。這個數學技巧可能使精子可以或許在鈣濃度如斯高的環境下進行反映。除了鈣，很多其他信使物質節制細胞功能。是以，細胞是否也可能進行復雜的化學計較，包羅其他信使物質？波恩的科學家們接下來想研究這個主要的問題。

而在最新研究發現是附屬于海洋生物嘗試室(MBL)的科學家們已經發現了一種關頭的分子，可以或許在海洋無脊椎動物的精子和卵細胞之間發生化學吸引力，這項研究比來頒發在《天然通信》上。100多年前，芝加哥年夜學MBL的本家兒任F.R. Lillie發現，海洋無脊椎動物的卵子會釋放一種化學因子來吸引精子，這一過程被稱為趨化。就精子而言，它們會沿著化學梯度游到卵細胞，而精子從頭至尾部鈣離子(Ca2+)濃度的脈動會節制精子的跳動。在曩昔的幾年里，很多將化學引誘劑刺激轉化為Ca2+反映的細胞當作分已經被發現，可是一個關頭的當作分已經丟掉。精子情況中Ca2+離子進入從頭至尾巴的先決前提是，精子細胞的pH值變得更堿性，導致pH值轉變的分子一向難以捉摸。

在這份新陳述中，德國波恩的歐洲高級研究中間(Caesar)MBL惠特曼中間科學家U. Benjamin Kaupp判定出了這種分子。Kaupp在MBL渡過了18個炎天，跟從F.R. Lillie最初的摸索進行研究。Kaupp和同事識別出的分子許可鈉離子流入精子細胞，作為互換，將質子從細胞中輸送出去。這種所謂的鈉/質子互換器已經有很長一段時候了，可是這個是特別的。這是一個與離子通道共享布局特征的嵌合體，稱為起搏器通道，它節制著我們年夜腦中的心跳和電勾當。

精子細胞中的鈉/質子互換，就像起搏器通道中的鈉/質子互換一樣，被一種叫做電壓傳感器的帶正電荷氨基酸所激活。當精子捕捉化學引誘分子時，電壓變得更低，因為鉀通道打開，鉀離子分開細胞。電壓傳感器記實這個電壓轉變，互換器起頭從電池中輸出質子；細胞內部變得更堿性。當這種機制掉效時，精子從頭至尾部的Ca2+脈沖被按捺，精子在進入卵子的過程中丟掉。

博科園-科學科普｜參考期刊文獻 :《Nature Communications》｜研究/來自：Max-Planck-Gesellschaft，海洋生物嘗試室，DOI: 10.1038/s41467-018-05253-x ，

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