إنهما يشكلان في الأصل زوجين غريبين: أحدهما ضخم وكروي وغير متحرك. والآخر صغير الحجم وله ذيل ولا يتوقف عن السباحة أبدًا. ومع ذلك، فإن اتحاد البويضة والحيوانات المنوية ضروري لأي حيوان يتكاثر جنسيًا على وجه الأرض.
لقد كانت كيفية حدوث هذا الاتحاد بالضبط لغزا للعلماء لفترة طويلة. أ يذاكر يُظهر البحث الذي نُشر يوم الخميس في مجلة Cell، والذي يعتمد على تكنولوجيا الذكاء الاصطناعي الحائزة على جائزة نوبل، أن حزمة متشابكة من ثلاثة بروتينات هي المفتاح الذي يسمح للحيوانات المنوية والبويضات بالترابط معًا. وتشترك في هذه المجموعة الحاسمة الحيوانات البعيدة مثل الأسماك والثدييات، وعلى الأرجح بما في ذلك البشر.
بالنسبة لكل حيوان على وجه الأرض تقريبًا، تبدأ الحياة بمسار الحيوان المنوي إلى غشاء خلية البويضة. بطريقة ما، تتعرف الخليتان على بعضهما البعض وتترابطان. وبعد ذلك، وفي لمح البصر، يمر رأس الحيوان المنوي عبر البويضة، كما لو كان يمر عبر الباب. أصبحت الخلية المندمجة الآن زيجوتًا وجاهزة لتصبح حيوانًا جديدًا.
وفي بحث سابق، اكتشف العلماء أربعة بروتينات في الحيوانات المنوية للثدييات توجد أيضًا في الحيوانات المنوية للأسماك وهي ضرورية للتخصيب. لكن لم يكن أحد يعرف ما إذا كان بإمكانهم العمل كفريق واحد لإدخال البيضة، أو كيف.
في الدراسة الجديدة، تساءل أندريا باولي، عالم الأحياء الجزيئي والتنموي في معهد أبحاث علم الأمراض الجزيئية في فيينا، ومتعاونون من عدة مؤسسات عن كيفية ارتباط بروتينات الحيوانات المنوية أثناء الإخصاب.
واعتمد الباحثون على تقنية AlphaFold، التي تقاسمت جائزة نوبل في الكيمياء الأسبوع الماضي. ويستخدم الذكاء الاصطناعي للتنبؤ بشكل البروتين. باستخدام AlphaFold، تمكن الفريق من مقارنة بروتينات الحيوانات المنوية الأربعة التي تتقاسمها الثدييات والأسماك بمكتبة تضم حوالي 1400 بروتين آخر موجودة على سطح خلايا خصية الزرد، بحثًا عن شركاء محتملين.
قالت فيكتوريا دينيكي، باحثة ما بعد الدكتوراه في مختبر الدكتور باولي: “أردنا العثور على شيء نعلم أنه سيكون في المكان المناسب في الوقت المناسب”.
حتى بالنسبة لـ AlphaFold، كان هذا تحديًا. قال الدكتور دينيكي: «لقد استمر الأمر لمدة أسبوعين أو ثلاثة أسابيع»، محتكرًا موارد الحوسبة في الحرم الجامعي.
وأضاف الدكتور باولي: “لم يكن الأشخاص الآخرون في المعهد سعداء للغاية”.
أخيرًا، توقع AlphaFold أن اثنين من بروتينات الحيوانات المنوية المشتركة في الأصل سوف يرتبطان ببعضهما البعض، جنبًا إلى جنب مع بروتين ثالث غير معروف سابقًا، مما يخلق فريقًا من ثلاثة.
وأكدت التجارب المعملية فرضية البرنامج: إن ذكور أسماك الزرد التي تفتقر إلى البروتين الثالث المكتشف حديثًا كانت عقيمة، وكذلك الفئران الذكور. تسبح حيواناتهم المنوية بشكل طبيعي ولكنها لا تستطيع الاندماج مع البويضة. ووجد العلماء أيضًا أدلة كيميائية حيوية على أن بروتينات الحيوانات المنوية الثلاثة تعمل كوحدة واحدة في كل من الزرد والبشر.
وقال الدكتور باولي إنه من المحتمل أن يكون التجمع الحاسم نفسه موجودا في العديد من الحيوانات ذات العمود الفقري، إن لم يكن كلها.
ووصفت حزمة بروتين الحيوانات المنوية بأنها نوع من المفتاح الذي يناسب قفل البويضة. في الأسماك، هذا القفل عبارة عن بروتين يسمى Bouncer، وهو أمر مناسب لأن رأس الحيوان المنوي لا يمكنه دخول البويضة بدونه.
وقد حددت الأبحاث السابقة أيضًا جزيء القفل في بيض الثدييات، والذي يرتبط بأحد البروتينات في مجموعة البروتينات الثلاثة. لكن من الغريب أن قفل الثدييات ليس الحارس. إنه بروتين غير ذي صلة يسمى جونو.
وهذا يعني أنه في مكان ما من التاريخ، لا بد أن الحيوانات قد طورت بروتينات بيض مختلفة لربط حزمة بروتين الحيوانات المنوية. وقال الدكتور باولي إن هذا يمثل لغزًا: لقد تغير القفل، ولكن بطريقة ما “ظل مفتاح الحيوانات المنوية كما هو”.
وأضافت: “نود أن نعرف الإجابة”.
ووصفت آمبر كروتشوناس، عالمة الأحياء الإنجابية بجامعة ديلاوير والتي لم تشارك في البحث الجديد، الدراسة الجديدة بأنها “مثيرة حقًا”.
في وقت سابق من هذا العام، استخدمت مجموعة بحثية أخرى بشكل مستقل AlphaFold و توقع وجود نفس الحزمة من البروتينات الثلاثة في الثدييات. وقال الدكتور كروتشوناس: “إن حقيقة توصل مجموعتين مستقلتين إلى نفس الاستنتاجات تزيد بالتأكيد من ثقتنا في النتائج”.
ومع ذلك، قالت: “بالتأكيد لا يزال هناك عمل يتعين القيام به لكشف أسرار الإخصاب”. على سبيل المثال، من المعروف أن بعض بروتينات الحيوانات المنوية مشتركة بين الثدييات والأسماك، ولكنها ليست جزءًا من هذه المجموعة؛ ماذا يفعلون؟
قال الدكتور باولي: “هذا سؤال أساسي مع عدد قليل جدًا من الإجابات الجزيئية”. “إنه لأمر مدهش.”
“هواة الإنترنت المتواضعين بشكل يثير الغضب. مثيري الشغب فخور. عاشق الويب. رجل أعمال. محامي الموسيقى الحائز على جوائز.”