Sechseckige Formation erlaubt bessere Erfüllung der Funktion
(pte/Dresden) – Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Molekulare Zellbiologie und Genetik http://www.mpi-cbg.de haben entdeckt, dass sich Seeigel-Spermien in symmetrischen Mustern organisieren. Diese Beobachtung macht deutlich, dass sich männliche Keimzellen oder ähnlich geartete biologische Organellen, wie etwa Flimmerhärchen in der Lunge, in wahrer Teamarbeit ab einem kritischen Punkt zu dynamischen Mustern arrangieren und damit effektiver ihre Funktion erfüllen können. Die Musterbildung geschieht in Selbstorganisation, ohne chemische Signale, und wird nur durch hydrodynamische Interaktionen vermittelt, berichten die Forscher in der jüngsten Ausgabe des Wissenschaftsmagazins Science http://www.sciencemag.org .
Das Besondere an der Entdeckung der Forscher ist die Tatsache, dass diese Muster nicht wie zahlreiche andere Formationen aufgrund chemischer Signale entstehen, sondern sich die Samenfäden selbst zu diesen Mustern organisieren. Das Wissenschaftsteam um Jonathon Howard hat gezeigt, dass es sich dabei um eine Musterbildung durch hydrodynamische Interaktionen handelt. Die Schwänzchen von Spermien arbeiten wie Flimmerhärchen: Interne biomolekulare Motoren sind so fein aufeinander abgestimmt, dass eine wohl koordinierte Schlagbewegung des Schwanzes das Spermium ins Schwimmen versetzt und fortbewegt. Ab einer bestimmten Dichte, etwa 2.500 Spermien pro Quadratmillimeter, organisieren sich die umherschwimmenden Keimzellen auf einer glatten Oberfläche zu kleinen Strudeln.
Den Dresdner Forschern ist es sogar gelungen, die Kraft der hydrodynamischen Interaktion zwischen den einzelnen Spermien zu berechnen. Sie liegt bei ungefähr 0,03 Pikonewton. Diese Kraft reicht offensichtlich aus, um eine Koordination der Keimzellen zu ermöglichen und großflächige Musterformationen zu erstellen. Die Forschungsergebnisse könnten, so die Wissenschaftler, von großer Bedeutung für die Medizin sein, etwa im Fall von Unfruchtbarkeit oder bei Asthma.
