Новое исследование ставит под вопрос более чем трёхвековые теории о движении сперматозоидов. Человеческая сперма, кажется, плавает как извивающиеся угри под микроскопом, хвосты которых колеблются туда-сюда в поисках яйцеклетки для оплодотворения. Но знаете ли вы, как движутся сперматозоиды?

В течение 350 лет считалось, что сперматозоиды движутся, извивая хвосты, как угри. Однако исследования показывают, что они катятся вперёд, как волчок.

Плавание внутри человеческого тела

Антони ван Левенгук, нидерландский учёный, известный как отец микробиологии, первым подробно наблюдал человеческую сперму. Ван Левенгук использовал свой недавно разработанный микроскоп, чтобы изучить сперму в 1677 году, впервые обнаружив, что жидкость заполнена крошечными, извивающимися клетками.

Двумерный микроскоп показал, что сперматозоиды propelled by tails that wiggled side to side as the sperm head rotated. This was understanding how human sperm moved for the next 343 years.

Многие учёные предполагали, что существует очень важный трёхмерный элемент в том, как движется хвост сперматозоида, но до настоящего времени у нас не было технологий, позволяющих надёжно измерять это.

Аллан Пейси, профессор андрологии в Университете Шеффилда, Англия

Гаделья и его коллеги из Национального автономного университета Мексики начали исследование с «голубого неба», согласно Гаделье. Они запечатлели плавание человеческой спермы на микроскопическом слайде с помощью трёхмерных методов визуализации и высокоскоростной камеры, способной фиксировать 55 000 кадров в секунду.

То, что мы обнаружили, было совершенно удивительным, потому что полностью противоречило нашей системе убеждений.

Гермес Гаделья, математик из Университета Бристоля, Великобритания

Хвосты сперматозоидов не взмахивали из стороны в сторону. Они могли биться только в одну сторону. Чтобы извлечь прямое движение из этой асимметричной работы хвоста, головка сперматозоида вращалась дрожащим образом одновременно с вращением хвоста. Вращение головы и хвоста — два отдельных движения, контролируемые двумя разными клеточными механизмами, согласно Гаделье. Результат напоминает вращающегося выдру или вращающуюся сверлильную биту, когда они соединяются. Одностороннее движение хвоста уравновешивается за полный 360‑градусный оборот, добавляя к прямому движению.

Сперматозоид даже не плавает, он сверлит в жидкость.

Гермес Гаделья, математик из Университета Бристоля, Великобритания

(Источник: Live Science)

Прецессия

Технически, способ движения сперматозоидов называется прецессией, что означает вращение вокруг оси, но при этом ось вращения меняется. Планеты делают это, вращаясь вокруг Солнца, но более знакомый пример — волчок, который качается и танцует по полу, вращаясь на своей острие.

Важно отметить, что на пути к яйцеклетке сперматозоиды будут плавать в гораздо более сложной среде, чем капля жидкости, в которой их наблюдали в этом исследовании. В женском организме им придётся перемещаться по узким каналам очень вязкой жидкости в шейке матки, стенкам волнообразных клеток в маточных трубах, а также справляться с мышечными сокращениями и жидкостью, продвигающейся (за счёт колеблющихся верхушек клеток, называемых ресничками) в противоположном направлении от желаемого. Тем не менее, если им действительно удастся пробиться вперёд, я теперь могу гораздо яснее представить, как сперматозоиды могут преодолеть этот испытательный курс, чтобы достичь яйцеклетки и проникнуть в неё.

Аллан Пейси, профессор андрологии в Университете Шеффилда в Англии

Подвижность сперматозоидов, или их способность к движению, является одной из ключевых метрик, которые врачи по репродуктивному здоровью учитывают при оценке мужской фертильности, согласно Гаделье. Крутение головки сперматозоида в настоящее время не учитывается в этих метриках, но дальнейшие исследования могут выявить определённые дефекты, нарушающие это вращение и, следовательно, препятствующие движению сперматозоидов.

По словам Пейси, клиники репродуктивного здоровья используют 2D-микроскопию, и необходимо больше исследований, чтобы определить, может ли 3D-микроскопия улучшить их анализ.

Безусловно, любой 3D‑подход должен быть быстрым, недорогим и автоматизированным, чтобы иметь клиническую ценность. Но несмотря на это, эта статья определённо является шагом в правильном направлении.

Гермес Гаделья, математик в Университете Бристоля в Великобритании

(Источник: Live Science)