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Les propriétés mécaniques des queues de spermatozoïdes enfin révélées

Crédits : iStock

Des chercheurs de l’Université York (Toronto, Canada) ont révélé que la queue des spermatozoïdes utilise des « ressorts élastiques » pour transmettre des informations mécaniques à des parties éloignées de la queue afin de l’aider à progresser et atteindre un ovule. 

Des études d’il y a cinquante ans avaient montré que la queue des spermatozoïdes (le flagelle) était constituée d’un système complexe de filaments reliés par des ressorts élastiques formant une structure approximativement cylindrique. Pendant de nombreuses années, les chercheurs ont pensé que c’est ce système qui permet au spermatozoïde de progresser dans un environnement hostile pour atteindre l’ovule.

Depuis, cette nouvelle étude menée à l’Université de York vient de montrer grâce à un modèle physique et mathématique que ce système de ressorts n’est pas seulement nécessaire pour maintenir la structure du flagelle, mais aussi pour la transmission d’informations à des parties éloignées du flagelle. Le docteur Hermes Gadêlha, biologiste mathématique du Département des Mathématiques de l’Université, a dit « cette structure interne du flagelle peut être aperçue dans presque toutes les formes de vie sur terre. On peut remarquer que bien que le flagelle ait une structure interne identique pour la plupart des espèces, leur mouvement va légèrement varier en fonction de l’espèce. Cela suggère que la structure de la queue n’est pas le seul facteur pour sa flexion et son mouvement. »

Les flagelles de spermatozoïdes contiendraient des « ressorts élastiques » qui leur confèrent du mouvement/Crédits : University of York

L’équipe du docteur Gadêlha a développé une formule mathématique pour établir comment les spermatozoïdes se déplacent et créent des fluides distincts. Mais les chercheurs doivent maintenant comprendre quels sont les paramètres internes de la queue qui font que les gamètes (cellules reproductrices) se déplacent. Pour comprendre la structure de la queue, les scientifiques ont examiné comment différentes parties du flagelle se courbent en manipulant les queues de spermatozoïdes morts. Un mouvement qui a commencé près de la tête du gamète entraîne une courbe dans le sens inverse, à la pointe de la queue. C’est ce que l’on nomme le phénomène de « contraction ». Ce mouvement de repli suggère que des informations mécaniques sont transmises le long des bandes élastiques afin de créer un mouvement le long de la queue du gamète.

Gadêlha déclare : « supposons que la communication à des parties éloignées de la queue ressemble un peu à une communication entre des rameurs qui ont les yeux bandés dans un canoë. Un rameur aveuglé ne peut pas voir le mouvement de l’autre (ne peut donc pas lui communiquer le mouvement à réaliser). Ne pouvant pas crier, le rameur est obligé de sentir la mécanique du bateau, ainsi que le mouvement de chaque rameur, pour pouvoir synchroniser son mouvement à lui avec les autres. » Ce système comparateur peut s’appliquer aux liaisons internes qui font avancer le gamète. « Il semble que les moteurs moléculaires, les “rameurs” à l’intérieur de la queue, font une chose similaire, mais dans un bateau bien plus complexe.

Le mécanisme d’un flagelle crée d’abord un mouvement de glissement entre les filaments à l’intérieur de cette structure “cylindrique” et entraîne une flexion de la queue comme le mouvement d’un piston pour une roue de train. Tout mouvement dans cette séquence complexe semble pouvoir déclencher le mouvement directement sur les parties éloignées de la queue. »

La question pour les chercheurs est maintenant de savoir si des ressorts particuliers dans le flagelle sont liés pour transmettre des informations biomécaniques spécifiques et si ces « rameurs » sont auto-organisés ou agissent automatiquement.