Spermien schwimmen nicht so, wie wir es uns vorgestellt haben, neue Studienergebnisse

Unter dem Mikroskop scheinen menschliche Spermien wie wackelnde Aale zu schwimmen, und die Schwänze drehen sich hin und her, während sie nach einem Ei suchen, das sie befruchten können. 

Neue 3D-Mikroskopie und Hochgeschwindigkeitsvideos zeigen jedoch, dass Spermien in dieser einfachen, symmetrischen Bewegung überhaupt nicht schwimmen. Stattdessen bewegen sie sich mit einer rasanten Drehung, die die Tatsache kompensiert, dass ihre Schwänze tatsächlich nur zu einer Seite schlagen. 

"Es ist fast so, als ob Sie ein Schwimmer wären, aber Sie könnten Ihr Bein nur zur Seite bewegen", sagte der Studienautor Hermes Gadêlha, Mathematiker an der Universität von Bristol in Großbritannien. "Wenn Sie dies in einem Schwimmbad getan hätten und Sie Wenn man dies nur zur Seite tat, schwamm man immer im Kreis.… Die Natur in ihrer Weisheit hatte einen sehr komplexen, genialen Weg, um vorwärts zu kommen. " 

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Seltsame Schwimmer

Die erste Person, die menschliches Sperma aus der Nähe beobachtete, war Antonie van Leeuwenhoek, eine niederländische Wissenschaftlerin, die als Vater der Mikrobiologie bekannt ist. Im Jahr 1677 drehte van Leeuwenhoek sein neu entwickeltes Mikroskop auf sein eigenes Sperma und sah zum ersten Mal, dass die Flüssigkeit mit winzigen, wackelnden Zellen gefüllt war. 

Unter einem 2D-Mikroskop war klar, dass die Spermien von Schwänzen angetrieben wurden, die beim Drehen des Spermienkopfes von einer Seite zur anderen zu wackeln schienen. Für die nächsten 343 Jahre war dies das Verständnis dafür, wie sich menschliches Sperma bewegte. 

"[M] Wissenschaftler haben postuliert, dass es wahrscheinlich ein sehr wichtiges 3D-Element für die Bewegung des Spermaschwanzes gibt, aber bisher hatten wir nicht die Technologie, um solche Messungen zuverlässig durchzuführen", sagte Allan Pacey, Professor für Andrologie an der Universität von Sheffield in England, der nicht an der Forschung beteiligt war. 

Die neue Forschung ist somit ein "bedeutender Schritt nach vorne", schrieb Pacey in einer E-Mail an . 

Gadêlha und seine Kollegen von der Universidad Nacional Autónoma de México begannen die Forschung mit der "Erforschung des blauen Himmels", sagte Gadêlha. Mithilfe von Mikroskopietechniken, die eine dreidimensionale Bildgebung ermöglichen, und einer Hochgeschwindigkeitskamera, die 55.000 Bilder pro Sekunde aufnehmen kann, wurde das Schwimmen menschlicher Spermien auf einem Objektträger aufgezeichnet. 

"Was wir fanden, war etwas völlig Überraschendes, weil es völlig gegen unser Glaubenssystem verstieß", sagte Gadêlha . 

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Die Spermaschwänze wackelten nicht, peitschenartig, Seite an Seite. Stattdessen konnten sie nur in eine Richtung schlagen. Um die Vorwärtsbewegung aus dieser asymmetrischen Schwanzbewegung herauszupressen, drehte sich der Spermakopf mit einer nervösen Bewegung zur gleichen Zeit wie der Schwanz. Die Kopfdrehung und der Schwanz sind tatsächlich zwei getrennte Bewegungen, die von zwei verschiedenen zellulären Mechanismen gesteuert werden, sagte Gadêlha . Wenn sie sich jedoch kombinieren, entsteht ein rotierender Otter oder ein rotierender Bohrer. Während einer 360-Grad-Drehung gleicht sich die einseitige Heckbewegung aus und summiert sich zum Vorwärtsantrieb.

"Das Sperma schwimmt nicht einmal, das Sperma bohrt sich in die Flüssigkeit", sagte Gadêlha. 

Die Forscher haben ihre Ergebnisse heute (31. Juli) in der Zeitschrift Science Advances veröffentlicht.

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Asymmetrie und Fruchtbarkeit

In technischer Hinsicht wird die Bewegung des Spermas als Präzession bezeichnet, dh es dreht sich um eine Achse, aber diese Rotationsachse ändert sich. Die Planeten tun dies auf ihren Rotationsreisen um die Sonne, aber ein bekannteres Beispiel könnte ein Kreisel sein, der wackelt und über den Boden tanzt, während er sich an seiner Spitze dreht. 

"Es ist wichtig zu beachten, dass Spermien auf ihrer Reise zum Ei durch eine viel komplexere Umgebung schwimmen als der Flüssigkeitstropfen, in dem sie für diese Studie beobachtet wurden", sagte Pacey. "Im Körper der Frau müssen sie in engen Kanälen mit sehr klebriger Flüssigkeit im Gebärmutterhals, in den Wänden welliger Zellen in den Eileitern schwimmen und mit Muskelkontraktionen und Flüssigkeit zurechtkommen, die (durch die wehenden Spitzen von) geschoben wird Zellen (Zilien genannt) in die entgegengesetzte Richtung, wohin sie wollen. Wenn sie jedoch tatsächlich in der Lage sind, sich vorwärts zu bohren, kann ich jetzt viel klarer sehen, wie Spermien mit diesem Angriffsverlauf umgehen können, um die Eizelle zu erreichen und in der Lage sein, hineinzukommen ", sagte Pacey

Die Beweglichkeit der Spermien oder die Fähigkeit, sich zu bewegen, ist eine der wichtigsten Metriken, die Fruchtbarkeitsmediziner bei der Beurteilung der männlichen Fruchtbarkeit berücksichtigen, sagte Gadêlha. Das Rollen des Kopfes des Spermas wird derzeit in keiner dieser Metriken berücksichtigt, aber es ist möglich, dass weitere Untersuchungen bestimmte Defekte aufdecken, die diese Rotation stören und somit die Bewegung des Spermas behindern. 

Fruchtbarkeitskliniken verwenden 2D-Mikroskopie, und es sind weitere Arbeiten erforderlich, um herauszufinden, ob die 3D-Mikroskopie ihrer Analyse zugute kommen könnte, sagte Pacey. 

"Natürlich müsste jeder 3D-Ansatz schnell, billig und automatisiert sein, um einen klinischen Wert zu erzielen", sagte er. "Aber unabhängig davon ist dieses Papier sicherlich ein Schritt in die richtige Richtung."

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