Seeigelspermien können in großen Mengen gewonnen werden, da Seeigel, wie viele andere wirbellose Meerestiere, „broadcast spawning“ betreiben, d.h. sie geben große Mengen von Gameten ins Meerwasser ab. Unverdünntes Sperma enthält eine große Menge an Spermien – bis zu 1010 – 1011 Zellen/ml!

Ein männlicher Arbacia punctulata beim Ablaichen seines weißlichen Spermas. Bild mit freundlicher Genehmigung von Thomas Gensch, Forschungszentrum Jülich.
Spermien schwimmen mit Hilfe eines auffälligen Flagellums, das aus einem Kern von Mikrotubuli besteht, deren Gleiten durch Flagellardynein angetrieben wird. Diese Anordnung von Mikrotubuli und zugehörigen Motor- und Linkerproteinen wird als Axonem bezeichnet. Das Mittelstück des Spermas enthält eine Reihe von Mitochondrien, die große Mengen an ATP produzieren müssen, dessen Hydrolyse die Konformationsänderungen des Flagellardyneins antreibt, die das Gleiten der Mikrotubuli bewirken.

Bild mit freundlicher Genehmigung von Thomas Gensch, Forschungszentrum Jülich.
Die meisten Geißeln weisen wie die Zilien eine charakteristische „9+2“-Struktur auf, d.h. zwei zentrale Singulett-Mikrotubuli werden von neun äußeren Dublett-Mikrotubuli umschlossen. Die äußeren und inneren Dynein-Arme gleiten entlang jedes äußeren Dublett-Mikrotubulus. Das folgende Diagramm zeigt, wie die inneren und äußeren Dublett-Mikrotubuli des Axonems mit dem Dynein verbunden sind.

Interne Struktur des Axonems. Adaptiert von einem Bild mit freundlicher Genehmigung von Takashi Ishikawa, Eidgenössische Technische Hochschule, Zürich.
Seeigelspermien bewegen ihre Schwänze in einer schraubenförmigen Bewegung, wie hier in dieser Animation gezeigt.


Animation mit freundlicher Genehmigung von Sea Urchin Embryologysite.

Schließlich kann man, wie der Film unten zeigt, die Biegung der Geißel und das Gleiten der Mikrotubuli untersuchen, indem man die Bewegungen kleiner Kügelchen analysiert, die auf der Oberfläche einer mit Detergenz behandelten Geißel platziert sind. Die Kügelchen bewegen sich auseinander, wenn die Welle der Geißelbiegung vorbeizieht, was darauf hindeutet, dass die Geißelbiegung durch das Gleiten von Mikrotubuli vermittelt wird.
Beschreibung: Dieses Seeigel-Spermium wurde mit einem Detergens behandelt, um die Zellmembran zu entfernen, und dann in eine Lösung mit einer relativ niedrigen MgATP-Konzentration überführt, um die Biegung des Flagellums zu reaktivieren. Vor der Reaktivierung wurden die Spermatozoen einer Suspension von 40 nm großen Goldkügelchen ausgesetzt. Einige dieser Kügelchen heften sich an die äußeren Mikrotubuli, aus denen das Axonem der Geißel besteht. In diesem Fall waren zwei Kügelchen an den Mikrotubuli auf gegenüberliegenden Seiten der Geißel angebracht. Wenn sich die Geißel biegt, wird das Gleiten zwischen diesen Mikrotubuli durch die Bewegung der beiden Kügelchen veranschaulicht. Film mit freundlicher Genehmigung von Charles Brokaw, California Institute of Technology.

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