Spermien navigieren im „Akkord“
Spermien benutzen musikalischen Trick, um zu navigieren
Ähnlich wie eine Gitarrensaite, schwingt der Spermienschwanz; allerdings mit zwei Frequenzen oder „Noten“, also einem Akkord. Wissenschaftler des Forschungszentrums caesar in Bonn und dem Helmholtz-Forschungszentrum Jülich publizierten diese Ergebnisse in Nature Communications.
Abbildung 1. Navigation durch eine zeitliche Unterbrechung der Schlagsymmetrie.
Dr. Luis Alvarez & Dr. René Pascal / Stiftung caesar
Abbildung 2. Warhols Spermien
Dr. Luis Alvarez & Dr. René Pascal / Stiftung caesar
Seit langem wird diskutiert wie Mikroschwimmer – Spermien oder kleine Lebewesen etwa Bakterien – navigieren. Diese grundlegende Frage bewegt sowohl Forscher, die biologische Mikroschwimmer verstehen wollen oder Ingenieure, die synthetische Mikroroboter entwerfen.
Der Spermienschwanz übernimmt mehrere Aufgaben: Er dient als Propeller, der das Spermium antreibt; als Antenne, die Sinnesreize aus der Umgebung aufnimmt und verarbeitet; und schließlich dient der Schwanz auch als Ruder, mit dem Spermien ihre Schwimmbahn korrigieren. Spermien schwimmen vorwärts in dem sie mit dem Schwanz „wackeln“. Wenn die Schlagbewegung wie eine Welle entlang des Schwanzes läuft, wird die Flüssigkeit nach hinten und die Spermien nach vorne gestoßen. Für die Navigation schlägt der Schwanz mehr nach einer Seite, wie das Ruder eines Bootes. Deshalb schwimmen Spermien auf gekrümmten Bahnen.
Die neuen Forschungsergebnisse zeigen, dass Spermien einen ungewöhnlichen Trick verwenden, um einen asymmetrischen Schlag zu erzeugen. Nicht nur eine, sondern zwei Wellen wandern entlang des Schwanzes: eine mit der Grundfrequenz und die andere mit der doppelten Frequenz. Musikalisch ausgedrückt: Spermien spielen mit „Noten“ unterschiedlicher Oktaven. Wenn sich diese beiden Wellen überlagern ändert sich die Auslenkung der Welle mit der Zeit. Deshalb wellt sich der Schwanz mehr zu einer Seite. Die zeitliche Änderung der Wellen steuert die Schwanzbewegung zum Navigieren. Es gibt aber einen gewichtigen Unterschied zu einem Schiffsruder: die Symmetrie wird nicht räumlich gebrochen – wie beim Ruder – sondern zeitlich. Schließlich konnten die Forscher zeigen, dass Progesteron, ein weibliches Sexhormon, die beiden Wellen oder „Noten“ aufeinander abstimmt und so die Schwimmbahn ändert. Spermien, wie gut gestimmte Instrumente spielen Akkorde, die durch chemische oder andere Signale entlang der Schwimmbahn orchestriert werden.
Originalveröffentlichung
Guglielmo Saggiorato, Luis Alvarez, Jan F. Jikeli, U. Benjamin Kaupp, Gerhard Gompper, and Jens Elgeti; "Human sperm steer with second harmonics of the flagellar beat"; Nat. Commun.; 2017
Weitere News aus dem Ressort Wissenschaft
Holen Sie sich die Life-Science-Branche in Ihren Posteingang
Ab sofort nichts mehr verpassen: Unser Newsletter für Biotechnologie, Pharma und Life Sciences bringt Sie jeden Dienstag und Donnerstag auf den neuesten Stand. Aktuelle Branchen-News, Produkt-Highlights und Innovationen - kompakt und verständlich in Ihrem Posteingang. Von uns recherchiert, damit Sie es nicht tun müssen.
