此前研究表明细胞中钙浓度变化的速度控制着精子的游动行为，可以计算钙的动力学并作出相应的反应。精子只有一个目标：找到卵子。卵子通过发出引诱剂来支持精子。钙离子决定了精子尾巴的跳动模式，使精子能够运动。来自德国德累斯顿马克斯普朗克复杂系统物理研究所和哥廷根大学，波恩凯撒研究中心的科学家们，马克斯普朗克协会的一个研究所，发现精子只会对钙浓度的变化做出反应，而不会对钙浓度本身做出反应。很可能是精子做了这样的计算，所以即使在钙浓度高的情况下，它们仍然能够活动。
博科园-科学科普：精子随卵子交配的呼唤而游动路径因物种而异。精子（尤其是那些海洋物种）在化学浓度梯度下沿着曲折的路径游动。它们的游动方式是由精子尾部钙离子控制。以前人们认为，在高浓度的钙中，精子尾巴会做出不对称的、鞭状的运动，它们的游动路径非常弯曲，而在低浓度的钙中，尾巴会对称地摆动，精子会沿着一条直线游动。高钙和低钙浓度的交替被认为可以推动精子沿着螺旋形的游动路径前进。然而这个简单的模型被自由游动的精子实验否定了，并给研究人员带来了一些神秘的东西。科学家们现在已经成功地解开了这个谜。利用巧妙的频闪激光照明（类似于在迪迪克斯的激光照明）项目负责人路易斯·阿尔瓦雷斯能够详细地追踪精子的运动，同时测量钙离子浓度的变化。
卵子和精子，这些精子的图片来自安东尼·范·列文赫耶克的一篇文章，他在1678年的《哲学交易》上发表了第一次显微镜发现精子。图片：René Pascal of Caesar, Bonn
结果是惊人的：精子尾只对钙浓度的时间导数产生反应，而绝对浓度几乎没有相关性。科学家们怀疑精子在两种蛋白质的帮助下结合钙离子，从而创造出一种“化学衍生物”。但是为什么精子要进行这种复杂的计算我们第一次在上中学的水平？吸引剂的浓度，因此，精子中的钙浓度在卵子附近很高。这个数学技巧可能使精子能够在钙浓度如此高的情况下进行反应。除了钙，许多其他信使物质控制细胞功能。因此，细胞是否也可能进行复杂的化学计算，包括其他信使物质？波恩的科学家们接下来想研究这个重要的问题。
而在最新研究发现是隶属于海洋生物实验室(MBL)的科学家们已经发现了一种关键的分子，能够在海洋无脊椎动物的精子和卵细胞之间产生化学吸引力，这项研究最近发表在《自然通讯》上。100多年前，芝加哥大学MBL的主任F.R. Lillie发现，海洋无脊椎动物的卵子会释放一种化学因子来吸引精子，这一过程被称为趋化。就精子而言，它们会沿着化学梯度游到卵细胞，而精子尾部钙离子(Ca2+)浓度的脉动会控制精子的跳动。在过去的几年里，许多将化学引诱剂刺激转化为Ca2+反应的细胞成分已经被发现，但是一个关键的成分已经丢失。精子环境中Ca2+离子进入尾巴的先决条件是，精子细胞的pH值变得更碱性，导致pH值变化的分子一直难以捉摸。
在这份新报告中，德国波恩的欧洲高级研究中心(Caesar)MBL惠特曼中心科学家U. Benjamin Kaupp鉴定出了这种分子。Kaupp在MBL度过了18个夏天，跟随F.R. Lillie最初的探索进行研究。Kaupp和同事识别出的分子允许钠离子流入精子细胞，作为交换，将质子从细胞中输送出去。这种所谓的钠/质子交换器已经有很长一段时间了，但是这个是特殊的。这是一个与离子通道共享结构特征的嵌合体，称为起搏器通道，它控制着我们大脑中的心跳和电活动。
精子细胞中的钠/质子交换，就像起搏器通道中的钠/质子交换一样，被一种叫做电压传感器的带正电荷氨基酸所激活。当精子捕获化学引诱分子时，电压变得更低，因为钾通道打开，钾离子离开细胞。电压传感器记录这个电压变化，交换器开始从电池中输出质子；细胞内部变得更碱性。当这种机制失效时，精子尾部的Ca2+脉冲被抑制，精子在进入卵子的过程中丢失。
博科园-科学科普｜参考期刊文献 :《Nature Communications》｜研究/来自：Max-Planck-Gesellschaft，海洋生物实验室，DOI: 10.1038/s41467-018-05253-x ，
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