Новое исследование ставит под сомнение более чем трёхвековые теории о движении сперматозоидов. Человеческие сперматозоиды, кажется, плавают как извивающиеся угри под микроскопом, хвосты вращаются туда‑сюда, пока они ищут яйцеклетку для оплодотворения. Но знаете ли вы, как они движутся?
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, голландский учёный, известный как отец микробиологии, первым подробно наблюдал человеческую сперму. Ван Левенгук использовал свой недавно разработанный микроскоп, чтобы исследовать сперму в 1677 году, впервые обнаружив, что жидкость заполнена крошечными, извивающимися клетками.
Двумерный микроскоп показал, что сперматозоиды приводятся в движение хвостами, которые извивались из стороны в сторону, пока голова сперматозоида вращалась. Такое понимание того, как движется человеческая сперма, сохранялось в течение следующих 343 лет.
Многие учёные предполагали, что в движении хвоста сперматозоида существует очень важный трёхмерный элемент, но до настоящего времени у нас не было технологий, позволяющих надёжно проводить такие измерения.
Allan Pacey, Professor of Andrology at the University of Sheffield in England
Гадêlha и его коллеги из Universidad Nacional Autónoma de México начали исследование с “blue-sky exploration,” согласно Гадêlha. Они запечатлели плавание человеческой спермы на микроскопическом слайде, используя трёхмерные методы визуализации и высокоскоростную камеру, способную фиксировать 55 000 кадров в секунду.
То, что мы обнаружили, было совершенно удивительным, потому что полностью противоречило нашей системе убеждений.
Hermes Gadêlha, a mathematician at the University of Bristol in the UK
Хвосты сперматозоидов не махали из стороны в сторону. Вместо этого они могли биться только в одном направлении. Чтобы получить прямое движение из этого асимметричного движения хвоста, голова сперматозоида вращалась дрожащим образом одновременно с вращением хвоста. По словам Гадêlha, вращение головы и хвоста — два отдельных движения, контролируемые двумя разными клеточными механизмами. Результат напоминает крутящегося выдру или вращающуюся сверлильную биту, когда они совмещаются. Одностороннее движение хвоста выравнивается за полный 360‑градусный оборот, добавляя к прямой тяге.
Сперматозоид даже не плавает, он сверлит жидкость.
Hermes Gadêlha, a mathematician at the University of Bristol in the UK
(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 покачивается 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 плыть 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 движущихся верхушек клеток, называемых ресничками) в противоположном направлении от того, куда они хотят попасть. Однако, если им действительно удастся пробуриться 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. Кручение 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 требуется 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)
