Le casse-tête du sperme et de l'attraction de surface

En 1963, le zoologiste Lord Rothschild a découvert que les spermatozoïdes d'une goutte de sperme de taureau avaient tendance à se répartir de manière spécifique et non aléatoire. Pour une raison quelconque, ils étaient beaucoup plus susceptibles d'être près de la surface de la goutte que près de son centre.

Depuis lors, de nombreux biologistes ont noté le fait que les spermatozoïdes de toutes sortes ont tendance à se rassembler près d'une surface plutôt que sur celle-ci ou loin de celle-ci. En fait, ils ont tendance à naviguer à une distance spécifique d'une surface telle que la lamelle ou la lame sous un microscope, un comportement qui s'est avéré très utile pour les biologistes qui étudient ces cellules.

La raison pour laquelle les spermatozoïdes devraient se comporter de cette manière a longtemps intrigué les biologistes. Maintenant, David Smith et John Blake de l'Université de Birmingham au Royaume-Uni jettent un peu de lumière sur la question en créant un modèle de dynamique des fluides d'un spermatozoïde nageant et des forces qui opèrent à cette échelle.

Leur conclusion est que l'accumulation près des surfaces est un effet purement de la dynamique des fluides plutôt que de tout type de comportement de recherche de surface des spermatozoïdes eux-mêmes. Cependant, l'effet est subtil et n'apparaît que dans de longues simulations du comportement des spermatozoïdes dans les fluides

Smith et Blake disent qu'il y a plusieurs effets à l'œuvre. Premièrement, il existe une force dynamique fluide très faible qui attire les cellules vers une surface.

Cependant, pour diverses raisons, un spermatozoïde a tendance à adopter une attitude particulière lorsqu'il s'approche d'une surface : la queue a tendance à s'asseoir plus près de la surface que la tête. Cette inclinaison fait nager les spermatozoïdes loin de la surface.

À cela s'ajoute le mouvement de tangage naturel d'un spermatozoïde lorsqu'il nage, ce qui le fait nager d'abord loin d'une surface, puis vers une surface.

Smith et Blake ont simulé l'effet de ces forces et les ont répétés. Ils ont découvert qu'après 8000 cycles, la trajectoire de nage d'un spermatozoïde tendrait toujours vers une distance spécifique de la surface. La surface n'attire pas simplement la cellule ; il provoque un tangage alternatif vers et loin de la surface qui dirige la cellule à cette distance finie, disent-ils.

Cette convergence vers une distance spécifique d'une surface prend du temps. Mais Smith et Blake disent que la taille et la forme de la tête de la cellule accélèrent considérablement cela.

C'est donc un effet subtil qui contribue grandement à éclaircir ce mystère de longue date.

Cependant, cela soulève un certain nombre d'autres questions, telles que pourquoi les spermatozoïdes en viennent à avoir cette étrange propriété dans le premier cas. Est-ce un artefact observé uniquement dans les circonstances hautement artificielles qui se produisent sous des lamelles et des microscopes ? Ou est-elle biologiquement significative, auquel cas comment a-t-elle évolué et pourquoi ?

Et enfin, cette meilleure compréhension du comportement des spermatozoïdes peut-elle être mise à profit dans les traitements de fertilité ? Environ 1 couple sur 6 dans le monde occidental a des difficultés à concevoir et on pense que la moitié d'entre eux sont le résultat de problèmes liés au sperme.

Une meilleure compréhension de la motilité des spermatozoïdes sera certainement utile un jour et pourrait également être importante dans d'autres domaines tels que l'élevage d'animaux domestiques et la conservation de la faune.

Réf : arxiv.org/abs/1007.2153 : Accumulation en surface de spermatozoïdes : un phénomène de dynamique des fluides

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