Tatuajul lui Scott Pitnick nu este tocmai subtil. Masiva spermatozoidă alb-negru se răsucește și se învârtește pe antebrațul drept, părând să-și bage înăuntru și din piele înainte să apară într-un cap de mărimea pumnului pe bicep. Nici biologul de la Universitatea Syracuse nu este rezervat despre arta sa neobișnuită de corp, care a făcut o apariție într-un montaj de notoriuți tatuaje științifice publicate în The Guardian .
Pentru Pitnick, cerneala sa complexă reflectă fascinația lui profundă în „biologia incredibil de unică” a spermatozoizilor. Considerați, spune el, că sperma este singura celulă din corp destinată să fie aruncată într-un mediu străin - un obiect care necesită schimbări fizice dramatice ca ei călătoresc din testicule în tractul reproducător al unei femei.
Continut Asemanator
- Cele mai timpurii mamifere și-au păstrat răcorile cu testiculele descendente
- De ce oamenii de știință au trimis sperma mouse-ului la Stația Spațială Internațională
- Acum puteți măsura fertilitatea masculină cu o aplicație pentru smartphone
- Gelul contraceptiv numit „DIU pentru bărbați” îl face prin încercări de maimuțe
„Nicio altă celulă nu face asta”, spune Pitnick, care studiază sperma de mai bine de 20 de ani. „Au această autonomie.”
În laboratorul său, Pitnick ingineră capetele de spermă zburătoare de fructe pentru a străluci un roșu și un verde fantomatic, astfel încât să le poată observa trecând prin tracte reproducătoare de muște femele disecate. El speră că munca sa va ajuta să dezvăluie modul în care spermatozoizii se comportă în corpurile de sex feminin, un domeniu de cercetare care este încă în perioada relativ relativă. Aceste tipuri de inovații ar putea explica într-o bună zi marea diversitate a formei și mărimii spermatozoizilor în regnul animal. Mai mult, acestea ar putea ajuta în final cercetătorii să dezvolte tratamente pentru infertilitate umană, precum și contraceptive masculine mai eficiente.
„Nu înțelegem aproape nimic despre funcția spermatozoizilor, ce fac sperma”, spune Pitnick. Multe dintre răspunsurile la aceste necunoscute se ascund probabil în cealaltă jumătate a puzzle-ului spermatozoizilor: corpurile feminine.
Acest lucru ar putea veni ca o dezamăgire pentru biologii curajoși care au privit pentru prima oară celulele spermatozoizilor în gloria lor deplină în secolele 17 și 18, folosind microscopul de atunci revoluționar. Acești oameni de știință din spermatozoizi s-au găsit însărcinați să răspundă la cele mai de bază întrebări, de exemplu: Sunt animale vii din spermă? Sunt paraziți? Și, fiecare spermatozoid conține un mic om preformat adult adulcit în interior? (Vom ajunge la asta mai târziu.)
Observațiile microscopice timpurii ale lui Leeuwenhoek a spermei de iepure (fig. 1-4) și a spermei de câine (fig. 5-8). (Wikimedia Commons) Persoana cu onoarea dubioasă de a fi primul care a studiat în detaliu spermatozoizii a fost Anton van Leeuwenhoek, un olandez care a dezvoltat microscopul timpuriu compus. Van Leeuwenhoek a folosit pentru prima dată noul său instrument pentru a examina subiecți mai puțini, cum ar fi înțepătorii de albine, păduchii umani și apa lacului la mijlocul anilor 1670.
Colegii l-au îndemnat să-și întoarcă lentila în material seminal. Dar s-a îngrijorat că ar fi indecent să scrie despre materialul seminal și actul sexual, așa că s-a oprit. În cele din urmă, în 1677, a cedat. Examinându-și propriul ejaculat, a fost imediat lovit de micile „animale” pe care le-a găsit înăuntru.
Încercând să împărtășească chiar și concluziile sale cu colegii - să nu mai vorbim de un ticălos tatuat pe braț - van Leeuwenhoek a scris ezitant la Royal Society of London despre descoperirea sa în 1677. „ Dacă domnul tău ar trebui să considere că aceste observații pot dezgusta sau scandaliza învățatul., Îți rog cu stăpânire Domnul tău să le considere private și să le publice sau să le distrugă după cum consideră că este de cuviință . ”
Lordshipul său (cunoscut, de asemenea, președintele Royal Society) a ales să publice concluziile lui Van Leeuwenhoek în revista Philosophical Transactions din 1678 - începând astfel noul domeniu al biologiei spermatozoizilor.
Este greu de supraestimat cât de misterioase ar fi apărut aceste virgule microscopice, la acea vreme. Înainte de descoperirea acestor „animalule”, teoriile despre cum oamenii au făcut mai mulți oameni variau pe scară largă, spune Bob Montgomerie, un biolog care studiază reproducerea animalelor la Queen's University din Canada. De exemplu, unii au crezut că vaporii emiși de bărbați ejaculează oarecum stimulând femelele să facă copii, în timp ce alții credeau că bărbații au făcut de fapt bebelușii și i-au transferat la femele pentru incubare.
„Vă puteți imagina cât de dificil este atunci când nu aveți idee despre ce se întâmplă”, spune Montgomerie. Adică: fără să poată vedea spermatozoizi și ouă, acești oameni de știință tocmai trăgeau teoriile din aer subțire.
În secolul al XVII-lea, mulți cercetători au crezut că fiecare spermatozoid conține un om minuscul, complet pre-format în el, așa cum este ilustrat în această schiță din 1695 de Nicolaas Hartsoeker. (Wikimedia Commons) Chiar și după ce Van Leeuwenhoek a descoperit sperma în 1677, au trecut aproximativ 200 de ani înainte ca oamenii de știință să fi fost de acord cu privire la modul în care oamenii s-au format. Pe parcurs au apărut două câmpuri principale ale gândirii: pe de o parte, „preformiștii” credeau că fiecare spermatozoid - sau fiecare ou, în funcție de cine ai întrebat - conține un om minuscul, complet pre-format. Conform acestei teorii, ovulul sau spermatozoizii au oferit pur și simplu un loc pentru dezvoltare.
Pe de altă parte, „epigenezistii” au susținut că atât bărbații, cât și femeile au contribuit cu materiale pentru a forma un nou organism, deși nu erau siguri cine a contribuit exact la ce. Descoperirile de-a lungul anilor 1700 au oferit mai multe dovezi pentru acest argument, inclusiv descoperirea din 1759 conform căreia puii dezvoltă organe treptat. (Montgomerie notează acest lucru în cartea Sperm Biology: An Evolutionary Perspective, care a fost editat de colegi, inclusiv Pitnick.)
Odată cu îmbunătățirea microscopului, cercetătorii de la mijlocul secolului 19 au observat dezvoltarea embrionară în ouăle de arici de mare, care sunt convenabil transparente. Aceste observații au continuat să respingă conceptul de preformare și au permis cercetătorilor să înceapă să întrebe cum spermatozoizii și ovulul colaborează pentru a crea noi organisme.
Cercetarea spermatozoizilor aruncă, de asemenea, lumină asupra altor sisteme corporale. În anii ’60, cercetătorii au identificat proteina dinneină, care este responsabilă pentru mișcarea spermatozoizilor. „Se pare că aceeași proteină motorie este responsabilă pentru toate tipurile de procese care se desfășoară în celule”, spune Charles Lindemann, un profesor emerit la Universitatea Oakland din Michigan, care a studiat motilitatea spermatozoizilor. Astăzi știm că dyneina este implicată în mișcarea structurilor celulare microscopice precum cilia și flagelul, care sunt cheia multor funcții corporale.
Cu toate acestea, progresul timpuriu în cercetarea privind fertilitatea a fost lent pentru a decola. Pur și simplu nu erau deloc foarte mulți oameni de știință care lucrează, cu atât mai puțin oamenii de știință spermatozoizi, spune Montgomerie. El estimează că la acea vreme erau doar câteva zeci de oameni care cercetau spermatozoizii; prin comparație, aproximativ 400.000 de oameni de știință studiază astăzi cancerul. „Au fost unii care o fac, dar poate nu este suficient”, spune Montgomerie.
Pitnick adaugă că puținii cercetători timpurii care au studiat spermatozoizii s-ar putea să nu fi apreciat pe deplin rolul sistemului reproducător feminin în ecuația fertilității - o supraveghere care ar putea explica de ce această zonă este încă un mister astăzi. „O parte din asta este o părtinire masculină în biologie pentru a crede că femela nu este o parte importantă a poveștii și asta se întoarce în biologia spermatozoizilor până la această idee de preformare”, spune Pitnick.
În ceea ce privește partea mai tehnică, observarea mișcării spermei la nivelul femelei este foarte provocatoare din punct de vedere logistic. După cum subliniază Pitnick, este destul de greu să obții o cameră în interiorul tractului reproducător feminin.
Acesta este geniul din spatele spermei sale zburătoare cu fructe strălucitoare și capacitatea de a le monitoriza în timp real. Videoclipul de mai sus arată tractul reproducător îndepărtat al unei muște de fructe feminine, pe care Pitnick le-a păstrat intactă într-o soluție salină. Când trăia, acea femelă a fost împerecheată cu un bărbat cu spermă verde, iar apoi s-a re-împerecheat câteva zile mai târziu cu un bărbat cu spermă roșie. Doar capetele spermei sunt etichetate cu proteina fluorescentă, astfel încât cozile spermei nu pot fi văzute.
Cu acest tip de tehnologie, Pitnick poate înțelege de ce există atât de multă varietate în forma și dimensiunea spermatozoizilor. De exemplu, spermatozoizii strălucitori pe care îi studiază au cozi mega-lungi, care ajung până la 6 centimetri în lungime neîntreruptă - aproximativ lungimea degetului tău roz și cel mai cunoscut în regnul animal. El a petrecut zeci de ani încercând să înțeleagă de ce ar evolua astfel o muscă și s-a perfecționat în cele din urmă pe tractul reproducător feminin ca sursă a răspunsului său.
În timp ce Pitnick se concentrează asupra muștelor, spermatozoizii au atras atenția oamenilor de știință moderni care încearcă să ajute cuplurile umane care încearcă să conceapă. Descoperirile lui Pitnick ar putea ajuta din greșeală la această sarcină. „În multe cazuri, este o diferență de compatibilitate între un bărbat și o femeie specifice și nu știu mecanismul de bază”, spune el. „Înțelegerea interacțiunilor spermă-femeie poate aduce cu siguranță lumină asupra înțelegerii de noi explicații pentru infertilitate și, eventual, soluții noi pentru aceasta.”
Cercetarea de bază a spermatozoizilor va ajuta, de asemenea, să accelereze progresul în dezvoltarea contraceptivelor de sex masculin, spune Daniel Johnston, șeful filialei de cercetare a contracepției la Institutele Naționale de Sănătate. Până acum, cercetătorii au încercat totul, de la geluri până la pastile, dar un control național eficient și fiabil al nașterii rămâne evaziv. Johnston spune că oamenii de știință încă se confruntă cu cea mai de bază întrebări: ce este spermatozoidul?
Spermatozoizii variază incredibil de mult în regnul animal. Această celulă de spermă cu mușchi de fructe poate atinge câțiva centimetri lungime atunci când este nerezolvată. (Romano Dalla) „Trebuie să înțelegem cu adevărat ce formează un spermatozoid”, spune Johnston, care a lucrat pentru a descrie conținutul complet de proteine al spermei - un prim pas important în înțelegerea modului de a concepe contraceptive eficiente. „Când înțelegeți acest lucru, puteți începe să înțelegeți ceea ce trebuie să inhibăm.”
Recent, un grup privat denumit Male Contraceptive Initiative a lansat o competiție care va finanța un proiect inovator de cercetare a contraceptivelor. -genele asociate la șoareci, care ar putea fi utilizate în final pentru a dezvolta o pastilă pentru controlul nașterii.
Cercetările actuale ajută la determinarea nivelului de dozare adecvat pentru astfel de produse farmaceutice și la evaluarea efectelor secundare potențiale. La urma urmei, „dacă un om nu mai ia pastila, trebuie să revină complet la normal”, spune Georg.
Johnston este încântat să aibă oportunitatea de a susține acest tip de cercetare la NIH, atât din interesul de a muta contraceptivele masculine înainte, cât și dintr-o intrigă fundamentală a spermatozoizilor care nu a renunțat la cariera sa de 25 de ani. "Sperma este fascinantă", spune Johnston. "Nu există nimic asemănător lor."
Pitnick, în mod natural, este de acord. Spune el, starea de spirit care a demonstrat oamenii de știință precum van Leeuwenhoek în primele zile. „Nu cred că există prea mulți biologi astăzi care au un fel de disconfort vorbind despre aceste lucruri”, spune Pitnick. Și pentru el, personal? „Îmi place această biologie”, spune el. "Voi vorbi cu oricine despre asta, care este dispus să asculte."
Nota editorului, 7 iunie 2017: Această piesă a declarat inițial că inițiativa contraceptivă masculină a fost adăpostită în cadrul NIH; este un efort privat.
