Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Spermien können rechnen!

01.03.2012
Wie schnell die Kalzium-Konzentration in der Zelle sich ändert, bestimmt das Schwimmverhalten von Spermien. Sie können die Kalzium-Dynamik berechnen und darauf reagieren.

Spermien haben nur ein Ziel: die Eizelle zu finden. Die Eizelle unterstützt die Spermien bei der Suche, indem sie Lockstoffe aussendet. Auf welchen Schwimmbahnen Spermien dem Lockruf der Eizelle folgen, hängt von der Tierart ab. Spermien – vor allem von Meeresbewohnern – schwimmen im chemischen Konzentrationsgefälle des Lockstoffes auf gewundenen Bahnen. Der Schwimmstil wird durch Kalzium-Ionen im Spermienschwanz gesteuert. Sie bestimmen das Schlagmuster des Schwanzes, mit dem sich das Spermium fortbewegt.

Man glaubte bisher, dass bei hohen Kalzium-Konzentrationen die Spermien peitschenförmig, asymmetrisch schlagen und die Schwimmbahn stark gekrümmt ist. Bei geringen Kalzium-Konzentrationen dagegen schlägt der Schwanz symmetrisch und die Spermien schwimmen geradeaus. Das Wechselspiel von hoher und niedriger Kalzium-Konzentration treibt die Spermien auf spiralförmigen Schwimmbahnen voran. Experimente an frei schwimmenden Spermien widersprachen jedoch diesem einfachen Modell und gaben den Forschern Rätsel auf.

Wissenschaftlern des Bonner Forschungszentrums caesar, einem Institut der Max-Planck-Gesellschaft, ist es nun in Zusammenarbeit mit dem Max-Planck-Institut für Physik Komplexer Systeme in Dresden und Physikern an der Universität Göttingen gelungen, dieses Rätsel zu lösen. Mit einer raffinierten stroboskopischen Laser-Beleuchtung – wie in Diskotheken – konnte Dr. Luis Alvarez, Leiter des Projekts, die Bewegung eines Spermiums genau verfolgen und gleichzeitig die Änderungen der Kalzium-Konzentration messen. Das Ergebnis war verblüffend: Der Spermienschwanz reagierte nur auf die zeitliche Ableitung der Kalzium-Konzentration. Die absolute Konzentration spielte keine Rolle. Salopp gesagt: Spermien können rechnen! Wie sie das genau machen, ist unklar. Die caesar-Wissenschaftler schlagen vor, dass Spermien mit Hilfe von zwei Proteinen, die Kalzium binden, sozusagen eine „chemische Ableitung“ bilden. Wieso führen Spermien eine solch komplizierte Rechenoperation aus, die man erst in der gymnasialen Oberstufe lernt? In der Nähe der Eizelle ist die Konzentration der Lockstoffe und damit auch die Kalzium-Konzentration in den Spermien sehr hoch. Wahrscheinlich ermöglicht der mathematische Trick den Spermien, selbst bei solch hohen Kalzium-Konzentrationen immer noch reagieren zu können.

Neben Kalzium gibt es viele andere Botenstoffe, die Zellfunktionen steuern. Könnte es sein, dass Zellen auch mit anderen Botenstoffen chemische Rechenkünste durchführen? Dieser wichtigen Frage wollen die Bonner Forscher nun nachgehen.

Originalpublikation
Alvarez, L., Dai, L., Friedrich, B. M., Kashikar, N., Gregor, I., Pascal, R. & Kaupp, U. B. (2012) "The rate of change in Ca2+ concentration controls sperm chemotaxis" J. Cell. Biol.
Online publiziert: 27. Februar 2012.
doi: 10.1083/jcb.201106096
Stiftung caesar
Die Stiftung caesar ist assoziiert mit der Max-Planck-Gesellschaft und betreibt in Bonn ein Zentrum für neurowissenschaftliche Forschung. Die wissenschaftliche Arbeit erfolgt nach den Exzellenzkriterien der Max-Planck-Gesellschaft.
Ansprechpartner
Ph.D. Luis Alvarez
Molekulare Neurosensorik
Telefon: +49(0)228/9656-354
E-mail: luis.alvarez(at)caesar.de

Dr. Jürgen Reifarth | idw
Weitere Informationen:
http://www.caesar.de/621.html

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Molekulare Kraftmesser
20.09.2017 | Max-Planck-Institut für Biochemie

nachricht Neue Materialchemie für Hochleistungsbatterien
19.09.2017 | Technische Universität Berlin

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Wundermaterial Graphen: Gewölbt wie das Polster eines Chesterfield-Sofas

Graphen besitzt extreme Eigenschaften und ist vielseitig verwendbar. Mit einem Trick lassen sich sogar die Spins im Graphen kontrollieren. Dies gelang einem HZB-Team schon vor einiger Zeit: Die Physiker haben dafür eine Lage Graphen auf einem Nickelsubstrat aufgebracht und Goldatome dazwischen eingeschleust. Im Fachblatt 2D Materials zeigen sie nun, warum dies sich derartig stark auf die Spins auswirkt. Graphen kommt so auch als Material für künftige Informationstechnologien infrage, die auf der Verarbeitung von Spins als Informationseinheiten basieren.

Graphen ist wohl die exotischste Form von Kohlenstoff: Alle Atome sind untereinander nur in der Ebene verbunden und bilden ein Netz mit sechseckigen Maschen,...

Im Focus: Hochautomatisiertes Fahren bei Schnee und Regen: Robuste Warnehmung dank intelligentem Sensormix

Schlechte Sichtverhältnisse bei Regen oder Schnellfall sind für Menschen und hochautomatisierte Fahrzeuge eine große Herausforderung. Im europäischen Projekt RobustSENSE haben die Forscher von Fraunhofer FOKUS mit 14 Partnern, darunter die Daimler AG und die Robert Bosch GmbH, in den vergangenen zwei Jahren eine Softwareplattform entwickelt, auf der verschiedene Sensordaten von Kamera, Laser, Radar und weitere Informationen wie Wetterdaten kombiniert werden. Ziel ist, eine robuste und zuverlässige Wahrnehmung der Straßensituation unabhängig von der Komplexität und der Sichtverhältnisse zu gewährleisten. Nach der virtuellen Erprobung des Systems erfolgt nun der Praxistest, unter anderem auf dem Berliner Testfeld für hochautomatisiertes Fahren.

Starker Schneefall, ein Ball rollt auf die Fahrbahn: Selbst ein Mensch kann mitunter nicht schnell genug erkennen, ob dies ein gefährlicher Gegenstand oder...

Im Focus: Ultrakurze Momentaufnahmen der Dynamik von Elektronen in Festkörpern

Mit Hilfe ultrakurzer Laser- und Röntgenblitze haben Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Quantenoptik (Garching bei München) Schnappschüsse der bislang kürzesten Bewegung von Elektronen in Festkörpern gemacht. Die Bewegung hielt 750 Attosekunden lang an, bevor sie abklang. Damit stellten die Wissenschaftler einen neuen Rekord auf, ultrakurze Prozesse innerhalb von Festkörpern aufzuzeichnen.

Wenn Röntgenstrahlen auf Festkörpermaterialien oder große Moleküle treffen, wird ein Elektron von seinem angestammten Platz in der Nähe des Atomkerns...

Im Focus: Ultrafast snapshots of relaxing electrons in solids

Using ultrafast flashes of laser and x-ray radiation, scientists at the Max Planck Institute of Quantum Optics (Garching, Germany) took snapshots of the briefest electron motion inside a solid material to date. The electron motion lasted only 750 billionths of the billionth of a second before it fainted, setting a new record of human capability to capture ultrafast processes inside solids!

When x-rays shine onto solid materials or large molecules, an electron is pushed away from its original place near the nucleus of the atom, leaving a hole...

Im Focus: Quantensensoren entschlüsseln magnetische Ordnung in neuartigem Halbleitermaterial

Physiker konnte erstmals eine spiralförmige magnetische Ordnung in einem multiferroischen Material abbilden. Diese gelten als vielversprechende Kandidaten für zukünftige Datenspeicher. Der Nachweis gelang den Forschern mit selbst entwickelten Quantensensoren, die elektromagnetische Felder im Nanometerbereich analysieren können und an der Universität Basel entwickelt wurden. Die Ergebnisse von Wissenschaftlern des Departements Physik und des Swiss Nanoscience Institute der Universität Basel sowie der Universität Montpellier und Forschern der Universität Paris-Saclay wurden in der Zeitschrift «Nature» veröffentlicht.

Multiferroika sind Materialien, die gleichzeitig auf elektrische wie auch auf magnetische Felder reagieren. Die beiden Eigenschaften kommen für gewöhnlich...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Autonomes Fahren wirft viele Fragen auf

20.09.2017 | Veranstaltungen

»Laser in Composites Symposium« in Aachen – von der Wissenschaft in die Anwendung

19.09.2017 | Veranstaltungen

Biowissenschaftler tauschen neue Erkenntnisse über molekulare Gen-Schalter aus

19.09.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Molekulare Kraftmesser

20.09.2017 | Biowissenschaften Chemie

Von der Weser bis zur Nordsee: PLAWES erforscht Mikroplastik-Kontaminationen in Ökosystemen

20.09.2017 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Strom im Flug erzeugen

20.09.2017 | Energie und Elektrotechnik