Как человеческая сперма действительно плавает: новое исследование бросает вызов многовековому предположению

Прорыв в науке о фертильности исследователей из Бристоля и Мексики разрушил общепринятый взгляд на то, как сперма «плавает».

Спустя более трехсот лет после того, как Антони ван Леувенхук использовал один из самых ранних микроскопов, чтобы описать человеческую сперму как имеющую «хвост, который, плавая, ударяется, как змеиное движение, как угри в воде», ученые обнаружили, что это оптическая иллюзия ,

Используя современную трехмерную микроскопию и математику, д-р Hermes Gadelha из Университета Бристоля, д-р Gabriel Corkidi и д-р Alberto Darszon из Национального автономного университета Мексики первыми начали реконструкцию истинного движения хвоста спермы в 3D.

Используя высокоскоростную камеру, способную записывать более 55 000 кадров в секунду, и микроскопическую сцену с пьезоэлектрическим устройством для перемещения образца вверх и вниз с невероятно высокой скоростью, они смогли свободно сканировать сперму, плавающую в 3D.

Новаторское исследование, опубликованное в журнале Science Advances , показывает, что хвост сперматозоида на самом деле шаткий и колеблется только с одной стороны. Хотя это должно означать, что односторонний инсульт сперматозоида плавает кругами, сперма нашла умный способ адаптироваться и плавать вперед.

«Человеческая сперма выглядела, если бы они катались во время плавания, очень похоже на игривых выдр, пробирающихся через воду, их односторонний сток мог бы усредниться, и они поплыли бы вперед», — сказал д-р Гадельха, руководитель лаборатории Полиматов в Бристольском отделе Инженерная математика и эксперт по математике плодородия.

«Быстрое и высоко синхронизированное вращение сперматозоидов вызывает иллюзию, если смотреть сверху на 2D-микроскопы — кажется, что хвост имеет симметричное движение из стороны в сторону,« как угри в воде », как описал Левенгук в 17-м веке ,

«Однако наше открытие показывает, что сперматозоиды разработали технику плавания, чтобы компенсировать их однобокость, и таким образом изобретательно решили математическую головоломку в микроскопическом масштабе: создавая симметрию из асимметрии», — сказал доктор Гадельха.

«Подобное выдре вращение человеческой спермы, однако, является сложным: голова спермы вращается в то же самое время, когда хвост спермы вращается вокруг направления плавания. Это известно в физике как прецессия, очень похожая на то, когда орбиты Земли и Марса прецессируют вокруг солнце.»

Компьютерные системы анализа спермы, используемые сегодня, как в клиниках, так и для исследований, все еще используют 2D-виды для наблюдения за движением сперматозоидов. Поэтому, как и первый микроскоп Левенгука, они все еще склонны к этой иллюзии симметрии при оценке качества спермы. Это открытие, с его новым использованием технологии 3D-микроскопов в сочетании с математикой, может дать новую надежду на раскрытие секретов человеческого воспроизводства.

«Учитывая, что более половины бесплодия вызвано мужскими факторами, понимание хвоста человеческой спермы имеет основополагающее значение для разработки будущих диагностических инструментов для выявления нездоровой спермы», — добавляет д-р Гадельха, чья работа ранее выявила биомеханику изгиба спермы и точные ритмические тенденции, которые характеризуют как сперма движется вперед.

Доктор Коркиди и доктор Дарзон впервые применили 3D-микроскопию для плавания сперматозоидов.

«Это было невероятным сюрпризом, и мы верим, что наш современный 3D-микроскоп раскроет еще много скрытых тайн в природе. Однажды эта технология станет доступной для клинических центров», — сказал д-р Коркиди.

«Это открытие произведет революцию в нашем понимании подвижности сперматозоидов и ее влияния на естественное оплодотворение. Так мало известно о сложной окружающей среде внутри женского репродуктивного тракта и о том, как плавание сперматозоидов влияет на оплодотворение. Эти новые инструменты открывают нам глаза на удивительные возможности спермы «сказал доктор Дарззон.

---

Источник истории:

Материалы предоставлены Университетом Бристоля . Примечание: содержимое может быть отредактировано по стилю и длине.

---

Связанные мультимедиа :

• YouTube видео: спиннеры, а не пловцы: как сперма дурачила ученых 350 лет

---

Ссылка на журнал :

1. Гермес Адельха и др. Сперма человека использует асимметричные и анизотропные жгутиковые контроли для регулирования симметрии плавания и управления клеткой . Научный прогресс , 2020 DOI: 10.1126 / sciadv.aba5168