Znajdź zawartość

Amerykanom udało się rozwikłać tajemnicę ruchu plemników, które, stosunkowo statyczne przed wytryskiem, w drogach rodnych kobiety zaczynają płynąć, przyspieszając dodatkowo w pobliżu komórki jajowej. Dotąd wiedziano, że ruch jest wyzwalany przez wzrost wewnętrznego pH wskutek wypływu protonów z komórki, należało jednak ustalić, jaki mechanizm reguluje ten proces. W tym celu Yuriy Kirichok i zespół z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Francisco posłużyli się techniką "patch clamping", która pozwala na umieszczenie elektrod w oraz na komórce i jest zazwyczaj wykorzystywana do badania neuronów. Dzięki temu naukowcy mogli śledzić przepływ protonów przez błonę. Zauważyli, że w witce plemnika znajduje się dużo kanałów protonowych Hv1, reagujących na zmiany pH oraz stężenia cynku na zewnątrz komórki. Kiedy kanał się otwiera, ze środka wypływają protony, przez co wewnątrz rośnie pH i plemnik zaczyna się poruszać. Ponieważ pH macicy jest wyższe niż nasienia, różnica wartości pobudza męskie gamety do płynięcia. Wysokie stężenie cynku, występujące w drogach rodnych samicy i płynie nasiennym, zapobiega przedwczesnemu otwarciu kanałów protonowych, zanim plemnik osiąga stan gotowości. Gdy męskie komórki płciowe docierają do jajowodu, stężenie Zn nagle spada, a pH rośnie, co może odpowiadać za nadanie wyścigowi jeszcze większego tempa. Skoro kanały są wrażliwe na cynk, wyjaśnia to, czemu mężczyźni z niedoborem tego pierwiastka są mniej płodni. "Możesz sobie wyobrazić, że jeśli nie masz wystarczająco dużo cynku, plemniki uaktywniają się za wcześnie i wypalają się, zanim osiągną cel". Kirichok i inni odkryli też, że kanały otwierają się pod wpływem anandamidu. Wysokie jego stężenia znajdują się w pobliżu jaja. Anandamid wiąże się jednak z tymi samymi receptorami, co kannabinoidy z marihuany. Skutek? Prawdopodobnie taki sam jak przy zbyt niskich stężeniach cynku, ale trzeba to jeszcze potwierdzić. Kanały Hv1 plemników można wykorzystać podczas opracowywania leków wspomagających lub obniżających męską płodność.

Badacze z Argonne National Laboratory amerykańskiego Departamentu Energii i Northwestern University odkryli, że po zawieszeniu w roztworze pospolite bakterie mogą napędzać mikroskopijne koła zębate. Pozwala to mieć nadzieję na opracowanie zainspirowanych biologią rozwiązań energetycznych, które będą się dynamicznie dostosowywać do zmieniających się warunków. Zdolność okiełznania i kontrolowania mocy bakteryjnego ruchu jest istotnym wymogiem dla dalszego rozwoju napędzanych przez mikroorganizmy biomechanicznych systemów hybrydowych. W tym układzie koła zębate są miliony razy bardziej masywne od samych bakterii – wyjaśnia Igor Aronson. Mikroprzekładnie mają przekątną zaledwie 380 mikronów, wliczając w to także pochyłe "szprychy". Umieszcza się je w roztworze z tlenowymi laseczkami siennymi Bacillus subtilis. Andrey Sokolov z Princeton University, Igor Aronson z Argonne National Laboratory oraz Bartosz Grzybowski i Mario M. Apodaca z Northwestern University zaobserwowali, że bakterie wydawały się pływać w losowych kierunkach, ale od czasu do czasu zderzały się z zębami koła i zaczynały je obracać w oznaczonym kierunku. Przekręcenie przekładni wymagało współpracy kilkuset bakterii. Kiedy obok siebie umieszczano kilka kół, a ich wypustki zazębiały się jak w mechanizmie zegara, mikroorganizmy były w stanie wprawiać je w ruch w przeciwnych kierunkach; w parze jedno kręciło się w prawo, a drugie w lewo. Przekładnie obracały się synchronicznie nawet przez dłuższy czas. Nasze odkrycie demonstruje, jak mikroskopijne czynniki pływające, takie jak bakterie czy wykonane przez człowieka nanoroboty, mogą w połączeniu np. ze stalą czy plastikiem utworzyć inteligentne materiały, które dynamicznie zmienią swoją mikrostrukturę, zreperują uszkodzenia lub zasilą mikrourządzenia – podsumowuje Aronson. Prędkością obrotów kół da się zarządzać, manipulując zawartością tlenu w roztworze. Zmniejszając stężenie gazu, badacze spowalniali ruch bakterii i przekładni. Usunięcie go w całości zatrzymywało działanie mechanizmu. Po wprowadzeniu tlenu do układu bakterie ożywały i na nowo zaczynały pływać.