Jak naprawdę pływają ludzkie plemniki? Nowe badania podważają wielowiekowe założenia

Ponad trzysta lat po tym, jak Antonie van Leeuwenhoek, holenderski „ojciec mikrobiologii”, jako pierwszy zaobserwował pod mikroskopem ludzkie plemniki i opisał je jako twory wyposażone w „ogon, który podczas pływania wykonuje wężowe ruchy, niczym węgorz w wodzie” - naukowcy ujawnili, że jest to jedynie złudzenie optyczne.

Wykorzystując najnowocześniejszą mikroskopię 3D oraz matematykę dr Hermes Gadelha z Uniwersytetu w Bristolu oraz dr Gabriel Corkidi i dr Alberto Darszon z Universidad Nacional Autonoma de Mexico zrekonstruowali faktyczne ruchy witki plemnika.

Badacze użyli szybkiej kamery, zdolnej do nagrywania ponad 55 tys. klatek na sekundę, oraz specjalnego stolika mikroskopowego z urządzeniem piezoelektrycznym przesuwającym próbki w górę i w dół z niewiarygodnie dużą szybkością. Dzięki temu w stanie przeskanować swobodnie pływające plemniki w 3D.

Okazało się, że witka plemnika, czyli jego „ogon”, jest w rzeczywistości niesymetryczna i rusza się tylko po jednej stronie komórki. I chociaż powinno to oznaczać, że ruch gamety będzie jednostronny, czyli będzie ona pływała w kółko, natura znalazła sprytny sposób, aby obejść ten problem i umożliwić plemnikom płynięcie do przodu.

"Ludzkie plemniki 'zorientowały się', że jeśli podczas pływania będą się obracać, wirować niczym korkociągi czy wydry, to ich jednostronny ruch wyrówna się i przesuną się naprzód - tłumaczy dr Gadelha, specjalista w dziedzinie matematyki płodności.

„Jednak szybkie i wysoce zsynchronizowane obracanie się plemników powoduje iluzję, że posuwają się one tylko do przodu. Tak nam się wydaje, gdy obserwujemy je z góry za pomocą mikroskopów 2D: ogon wydaje się wówczas równomiernie przesuwać z boku na bok, czyli tak, jak to pisał Leeuwenhoek w XVII wieku” - mówi naukowiec.

„Jednak nasze najnowsze odkrycie pokazuje, że plemniki rozwinęły specjalną technikę pływania, aby zrekompensować sobie swoją +koślawość+. Dzięki temu genialnie rozwiązały matematyczny problem: stworzyły symetrię z asymetrii - dodaje Gadelha. - Ludzkie plemniki pływają więc trochę tak, jak wydry. Jednak to ich wirowanie jest bardzo złożone: główka plemnika obraca się w tym samym tempie, w jakim witka krąży wokół kierunku ruchu. W fizyce nazywa się to precesją. To podobnie, jak wtedy, gdy orbity Ziemi czy Marsa krążą wokół Słońca."

Naukowiec przypomina, że współcześnie stosowane systemy analizy nasienia, zarówno te wykorzystywane w klinikach, jak i do celów badawczych, nadal wykorzystują obrazowanie 2D do badania ruchu plemników. Dlatego właśnie, podobnie jak to było w przypadku pierwszego mikroskopu Leeuwenhoeka, nadal jesteśmy podatni na wspomnianą wyżej iluzję symetrii podczas oceny jakości nasienia.

Tymczasem jedynie obserwowanie nasienia w 3D i połączenie tego obrazu z zaawansowanymi modelami matematycznymi, umożliwi odkrycie tajemnic reprodukcji człowieka.

„Ponieważ ponad połowa przypadków niepłodności spowodowana jest czynnikiem męskim, zrozumienie mechanizmu działania witki ludzkiego plemnika ma fundamentalne znaczenie dla opracowania przyszłych narzędzi diagnostycznych identyfikujących niesprawne gamety” - podkreśla dr Gadelha.

„To, co odkryliśmy było dla nas niesamowitą niespodzianką. Wierzymy, że nasz supernowoczesny mikroskop 3D ujawni wiele innych tajemnic przyrody. Pewnego dnia technologia ta na pewno stanie się dostępna dla ośrodków klinicznych” - dodaje dr Corkidi.

„To odkrycie zrewolucjonizuje nasze rozumienie ruchliwości plemników i ich wpływu na naturalne zapłodnienie - podsumowuje trzeci autor publikacji, dr Darszon. - Wbrew pozorom niewiele jeszcze wiemy o skomplikowanym środowisku panującym w żeńskim układzie rozrodczym oraz o tym, jak ruch plemników wpływa na zapłodnienie. Te nowe narzędzia otwierają przed nami szeroki wachlarz możliwości i pokazują niesamowite właściwości plemników”.

Artykuł na ten temat ukazał się w czasopiśmie „Science Advances”. (PAP)

kap/ zan/