Le modèle suggère que les spermatozoïdes des mammifères ont deux modes de nage

Un nouveau modèle mathématique prédit que les spermatozoïdes des mammifères ont deux modes de nage distincts. Cette prédiction ouvre de nouvelles questions sur les liens potentiels entre l’activité motrice des spermatozoïdes et leurs transitions vers des phases d’hyperactivation qui pourraient jouer un rôle important dans la fécondation. Cette découverte fait partie d’un effort plus vaste visant à utiliser les mathématiques et la dynamique des fluides pour décrire le mouvement des spermatozoïdes des mammifères.

La recherche est dirigée par une équipe d’ingénieurs de l’Université de Californie à San Diego et les travaux seront publiés dans la revue Fluides d’examen physique et une prépublication est actuellement disponible sur le arXiv serveur.

Les spermatozoïdes de mammifères se propulsent en battant leurs flagelles d’avant en arrière, grâce à des moteurs chimiquement propulsés qui propulsent des vagues le long de leurs flagelles, qui sont des appendices filiformes.

Le nouveau modèle des chercheurs d’un spermatozoïde nageant capture les interactions entre sa cinétique motrice et les changements de forme (déformations) des flagelles ainsi que les mouvements de la tête du spermatozoïde. Le modèle prend également en compte la mécanique complexe des fluides autour du spermatozoïde lors de son déplacement.

Ce nouveau modèle prédit que la vitesse de nage d’un spermatozoïde de mammifère n’augmente pas simplement à mesure que l’activité de ses moteurs chimiques augmente. Au lieu de cela, à mesure que l’activité motrice d’un spermatozoïde nageant augmente, cette activité motrice dépasse un seuil auquel un deuxième mode de nage distinct apparaît. C’est ce deuxième mode qui pourrait potentiellement être lié à l’hyperactivation des spermatozoïdes.

En mode de nage un, la tête du spermatozoïde du mammifère oscille davantage d’avant en arrière qu’en mode de nage deux. En mode de nage deux, le battement en forme de vague du flagelle est plus fort qu’en mode de nage un.

“Bien que nous ne puissions pas affirmer avec certitude que ce nouveau modèle prédit le phénomène d’hyperactivation des spermatozoïdes qui se produit souvent juste avant la fécondation, il s’agit certainement d’une possibilité intéressante. J’espère que des recherches plus approfondies clarifieront si la transition de motilité observée dans notre modèle est effectivement liée. à l’hyperactivation des spermatozoïdes”, a déclaré le professeur David Saintillan de l’UC San Diego, auteur correspondant du nouvel article et chercheur en mécanique des fluides au département de génie mécanique et aérospatial de la Jacobs School of Engineering de l’UC San Diego.

« Les ingénieurs et les mathématiciens ont de nombreuses opportunités de contribuer à notre compréhension de la biologie. De plus en plus de modèles sur lesquels nous travaillons dans le domaine de la dynamique des fluides, par exemple, apparaissent comme des outils importants pour comprendre la dynamique des systèmes biologiques. comme la locomotion. Dans certains cas, les modèles nous permettent de tester des mécanismes ou des hypothèses qu’il est difficile d’aborder expérimentalement. Dans ce genre de situations, les modèles peuvent être extrêmement utiles”, a déclaré Saintillan.

L’étude des mécanismes impliqués dans la locomotion des spermatozoïdes chez les mammifères est un exemple de problématique dans laquelle les modèles ont joué un rôle clé aux côtés des expériences, a noté Saintillan. “Vous ne pouvez pas contrôler l’activité motrice des spermatozoïdes vivants en tournant un cadran, mais avec un modèle comme le nôtre, vous pouvez accélérer ou ralentir l’activité motrice des spermatozoïdes et voir comment la locomotion change.”