导读：精子进入体内，只有一个目的，就是寻找到卵细胞，然而与此同时，卵细胞可以释放诱导剂来吸引精子靠近，钙离子浓度可以决定精子尾巴的移动方式。当钙离子浓度发生改变以后，精子可以立即作出反应，而精子对钙离子的浓度本身并没有反应，有可能是精子可以进行精准的计算，计算出钙离子浓度的变化，以便在高浓度钙离子的时候进行活动。
精子通过精确地“数学计算”来控制游动路径
精子进入体内，只有一个目的，就是寻找到卵细胞，然而与此同时，卵细胞可以释放诱导剂来吸引精子靠近，钙离子浓度可以决定精子尾巴的移动方式，近日，来自哥廷根大学等处的研究人员发现，当钙离子浓度发生改变以后，精子可以立即作出反应，而精子对钙离子的浓度本身并没有反应，有可能是精子可以进行精准的计算，计算出钙离子浓度的变化，以便在高浓度钙离子的时候进行活动。这项研究成果刊登在了国际著名杂志Journal of Cell Biology上。
精子游动的路径是根据卵子释放引诱剂的方式来进行的，尤其是海生动物精子的游动途径是依据化学物质浓度梯度来进行的，游动的模式受到精子尾部的钙离子浓度的控制，在高浓度钙离子的条件下，精子可以以一种非对称的，像鞭子一样扭动的方式来移动，这种运动途径是扭曲的；而在低钙离子浓度条件下，精子的尾巴将会进行有规律的拍打，并且游动的路径呈直线，这种钙离子浓度高低更替的方式可以使得精子以螺旋形的方式前进，然后通过在实验室研究自由游动的精子发现，精子这种传统的游动模式并不是固定不变的。
研究者Luis Alvarez用精巧的频闪镭射照明技术（ingenious stroboscopic laser illumination）可以精确地追踪精子的运动轨迹，而且还可以同时测定精子周围环境中钙离子浓度的变化情况，研究结果表明，精子尾巴仅仅对钙离子浓度的时间导数有反应，而对于钙离子浓度并无明显关系，结果进一步表明，精子可以自己进行计算，目前这种机制尚不清楚，研究人员怀疑，精子有可能通过自身的两个蛋白结合到钙离子上从而形成一种化学衍生物。
然而精子为什么会进行如此复杂的计算？就好比我们在高中时候碰见的复杂计算一样。精子身上诱导物和钙离子浓度非常高，和卵子的基本接近，然后精子可以利用精妙的“数学计算”在高浓度钙离子存在的情况下做出及时反应。
除了钙离子外，机体中其它的信使物质也可以控制细胞的功能发挥，当然完全有可能，细胞也可以通过进行复杂的化学浓度计算来介导其它信使物质之间的信号通路，研究者将会对这个问题进一步进行研究。
The rate of change in Ca2+ concentration controls sperm chemotaxis
Luis Alvarez,Luru Dai,Benjamin M. Friedrich,Nachiket D. Kashikar,Ingo Gregor andU. Benjamin Kaupp
During chemotaxis and phototaxis, sperm, algae, marine zooplankton, and other microswimmers move on helical paths or drifting circles by rhythmically bending cell protrusions called motile cilia or flagella. Sperm of marine invertebrates navigate in a chemoattractant gradient by adjusting the flagellar waveform and, thereby, the swimming path. The waveform is periodically modulated by Ca2+ oscillations. How Ca2+ signals elicit steering responses and shape the path is unknown. We unveil the signal transfer between the changes in intracellular Ca2+ concentration ([Ca2+]i) and path curvature (κ). We show that κ is modulated by the time derivative d[Ca2+]i/dt rather than the absolute [Ca2+]i. Furthermore, simulation of swimming paths using various Ca2+ waveforms reproduces the wealth of swimming paths observed for sperm of marine invertebrates. We propose a cellular mechanism for a chemical differentiator that computes a time derivative. The cytoskeleton of cilia, the axoneme, is highly conserved. Thus, motile ciliated cells in general might use a similar cellular computation to translate changes of [Ca2+]i into motion.
文献链接：https://jcb.rupress.org/content/early/2012/02/22/jcb.201106096
