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Les spermatozoïdes savent calculer

Publié le 31 Août 2012 par Loueckhote Simon in Divers

S'il existe, dans la nature, de véritables missiles à tête chercheuse, ce sont bien les spermatozoïdes. Objectif : l'ovule. Beaucoup d'appelés, un seul élu... ou pas du tout. Chez l'humain, le chemin est tout tracé et s'apparente à un parcours du combattant, comme je l'ai écrit sur mon précédent blog : "Les cellules masculines de la reproduction doivent affronter le milieu acide du vagin, le labyrinthe mortel du col de l’utérus, les globules blancs de madame, ne pas se perdre en route ni dépenser trop d’énergie, arriver dans la bonne trompe de Fallope avec le bon timing et, surtout, avoir de la chance." Chez une espèce bien différente comme l'oursin Arbacia punctulata qui sert de modèle pour l'étude de l'embryogenèse et des spermatozoïdes depuis un siècle, la route est moins balisée puisque ces animaux relâchent leurs gamètes dans l'eau de mer. Au petit bonheur la chance ? Pas complètement.Dans les deux cas, chez l'humain comme chez l'échinoderme, les spermatozoïdes nagent vers leur objectif en agitant leur flagelle, cette sorte de queue qui ondoie. Les gamètes mâles suivent ainsi souvent une trajectoire plus ou moins hélicoïdale.

En réalité, le flagelle ne sert pas que de propulseur : il s'agit aussi d'une antenne détectant les indices chimiques largués par l'ovule, lequel signale ainsi sa présence. Ces indices, en se collant à des récepteurs situés à la surface du flagelle, déclenchent une cascade de réactions biochimiques qui aboutissent à un pic d'ions calcium dans le flagelle et des mouvements de cette mini-godille. Toute la question est de savoir comment le spermatozoïde est informé de la direction à prendre. Longtemps les biologistes ont pensé que le gamète se déplaçait en ligne droite tant que le taux de calcium était faible et qu'il se mettait à tournoyer, excellente manière de "quadriller le terrain" et tomber sur l'œuf, dès lors qu'il était élevé. Mais les observations ont contredit cette théorie : le spermatozoïde pouvait aussi tourner dans le premier cas et aller tout droit dans le second...

Une équipe internationale vient de résoudre en grande partie le mystère et le rapporte dans une étude publiée par The Journal of Cell Biology. Pour y parvenir, ils ont eu recours à une astuce, en faisant baigner des spermatozoïdes d'Arbacia punctulata dans un milieu où ils avaient placé les fameux signaux chimiques de manière subtile : les molécules n'étaient pas libres d'accès mais encapsulées dans des cages qui ne se dissolvaient que sous l'effet de la lumière. En flashant le dispositif, les chercheurs pouvaient libérer à leur guise ces substances, puis suivre le comportement et le trajet des spermatozoïdes en fonction de la plus ou moins grande concentration de signaux dans le milieu, tout en mesurant, grâce à un marqueur fluorescent, le taux de calcium dans les flagelles.

Cette équipe a ainsi eu la surprise de s'apercevoir que ce n'était effectivement pas la concentration en calcium qui mettait le spermatozoïde en mode "je tourbillonne car je sens que l'ovule n'est pas loin" mais les taux de changement de concentration qui le faisaient s'orienter dans la bonne direction. Cela paraît simple mais cela signifie une chose étonnante : les gamètes mâles sont capables de lire une carte routière de calculer des dérivées (ce que les jeunes Français ne font qu'au lycée) en un temps extrêmement court puisque les réactions des spermatozoïdes sont de l'ordre de la seconde, voire moins. C'est à partir des résultats de ce calcul qu'ils courbent ou non leur trajectoire. Un résultat qui a été confirmé chez deux autres espèces d'oursin et chez la cione, autre animal marin.

Comme souvent en science, répondre à une question en engendre d'autres : par quel mécanisme les flagelles effectuent-ils ce calcul ? Les auteurs de l'étude émettent l'hypothèse que les ions calcium, qui servent de messagers de l'information dans le flagelle, sont détectés à des vitesses différentes par deux protéines, une rapide et l'autre plus lente. Entre les deux détections, le spermatozoïde fait du chemin et c'est en comparant le taux de calcium dans ses deux capteurs qu'il "saurait" s'il va dans la bonne direction ou s'il lui faut changer de cap. Les chercheurs se demandent également si le phénomène existe aussi chez les spermatozoïdes de mammifères. Même question pour les micro-nageurs dotés de flagelles ou de cils vibratiles que sont certaines algues vertes, des espèces de zooplancton ou encore les paramécies. Un des auteurs de l'étude, Luis Alvarez, qui travaille au caesar (center of advanced european studies and research), m'a également fait remarquer que, d'une manière plus générale, "les cils étaient présents partout, et notamment dans le corps humain : ils nettoient nos voies respiratoires, ils font la différence entre la gauche et la droite de notre corps pendant l'embryogenèse – ce qui aide par exemple notre cœur à être à la bonne place. Les cils poussent aussi l'ovule dans les trompes de Fallope et ils ont de nombreuses autres fonctions. Je peux parfaitement imaginer que ce genre de calcul, en réponse à des stimuli, soit aussi présent dans certains de ces cils."

 

Pierre Barthélémy (@PasseurSciences sur Twitter)

 

 

 

 

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