Nowe badania naukowców z Meksyku oraz z Wielkiej Brytanii podważają kilkusetletnie założenia dotyczące sposobu poruszania się plemników. Od czasów pierwszych obserwacji plemników blisko 350 lat temu uważano, że te poruszają się niczym węgorz w wodzie, ale nowe ustalenia badaczy sugerują, że to tylko iluzja optyczna.
Plemniki po raz pierwszy zaobserwował holenderski urzędnik i pionier mikroskopii Antoni van Leeuwenhoek, który skonstruowanym przez siebie mikroskopem jako pierwszy człowiek dostrzegł wokół nas zupełnie inny świat, zamieszkany przez niewidoczne gołym okiem mikroorganizmy. Starannie wyszlifowana przez niego soczewka mogła powiększać obiekt 270 razy. Przez ponad 200 lat nie powstał lepszy mikroskop.
Pasjonat pod swoim mikroskopem oglądał wszystko, co wpadło mu w ręce – nasiona, strukturę kości, głowy much, osad nazębny, krew czy drewno. Kiedy w 1677 roku skierował soczewkę swojego mikroskopu na spermę, opisał ją jako żywy twór z ogonem, który podczas pływania biczuje nim wodę ruchem podobnym do węża, co przypominało mu sposób poruszania się węgorzy.
Od tamtej pory nie zmieniło się nasze postrzeganie tej kwestii. Aż do teraz. W nowych badaniach, które ukazały się na łamach pisma „Science Advances”, naukowcy przekonują, że wielowiekowe założenia dotyczące sposobu poruszania się plemników to tylko złudzenie optyczne.
- Każdy, kto dziś używa nowoczesnego mikroskopu, nadal dokonuje tej samej obserwacji: plemniki płyną do przodu, poruszając ogonem z boku na bok. Ale jak pokazują nasze najnowsze badania, przez ostatnie 350 lat myliliśmy się co do tego, jak plemniki pływają – przyznał dr Hermes Gadelha z Uniwersytetu w Bristolu, jeden z autorów publikacji.
Korzystając z najnowszych osiągnięć mikroskopii 3D i zaawansowanych algorytmów, dr Gadelha oraz dr Gabriel Corkidi i dr Alberto Darszon z Narodowego Uniwersytetu Autonomicznego Meksyku zrekonstruowali prawdziwy ruch witki plemnika.
Plemniki nie są wcale łatwe do obserwacji. Poza tym, że są małe(6 μm długości), to są także bardzo szybkie. Dlatego uczeni do badań skorzystali z kamery zdolnej rejestrować ponad 55 tys. klatek w ciągu jednej sekundy. Wykorzystali także specjalny stolik mikroskopowy z urządzeniem piezoelektrycznym do przesuwania próbki w górę i w dół z dużą szybkością. Te zabiegi pozwoliły badaczom przeskanować plemniki swobodnie pływające w 3D.
Analizy ruchu pokazały, że witka plemnika w rzeczywistości porusza się tylko po jednej stronie. - To tak, jakby ktoś pływał, używając tylko jednej strony ciała - porównał Gadelha. Chociaż powinno to oznaczać, że plemnik kręciłby się w kółko, to natura znalazła rozwiązanie, by ruch ten spowodował podążanie na spotkanie z komórką jajową. Eksperymenty ze skanowaniem plemników ujawniły, że plemniki poruszają się jak korkociąg, wwiercając się w otaczający płyn.
- Ludzkie plemniki „zorientowały się”, że jeśli podczas pływania będą się obracać, tak jak korkociąg czy bawiące się w wodzie wydry, ich jednostronny ruch sam się wyrówna i popłyną naprzód - powiedział Gadelha. - Szybkie i wysoce zsynchronizowane obracanie się plemników powoduje iluzję. Gdy widzimy je z góry za pomocą mikroskopów 2D, ogon wydaje się mieć symetryczny ruch z boku na bok, „jak węgorze w wodzie”, jak opisał to Leeuwenhoek w XVII wieku. Jednak nasze odkrycie pokazuje, że plemniki rozwinęły inną technikę pływania, która kompensuje ich koślawe ruchy i dzięki temu genialnie rozwiązały matematyczną zagadkę, tworząc symetrię z asymetrii - dodał Gadelha.
- Podobne do wydry wirowanie ludzkich plemników jest jednak złożone: główka plemnika obraca się w tym samym tempie, w jakim witka krąży wokół kierunku ruchu. W fizyce nazywa się to precesją, podobnie jak wtedy, gdy orbity Ziemi czy Marsa krążą wokół Słońca – zaznaczył Gadelha.
Stosowane w klinikach płodności oraz do celów badawczych wspomagane komputerowo systemy analizy nasienia nadal wykorzystują obserwacje 2D do badania ruchu plemników. Dlatego naukowcy, podobnie jak Leeuwenhoek korzystający z pierwszego mikroskopu, nadal są podatni na tę iluzję symetrii podczas oceny jakości nasienia. Nowe badania mogą przyczynić się do zaprzestanie powielanie tego samego błędu od blisko 350 lat. Mogą również przyczynić się do opracowania nowych terapii leczenia niepłodności.
- Ponieważ ponad połowa przypadków niepłodności jest spowodowana czynnikiem męskim, zrozumienie działania witki ludzkiego plemnika ma fundamentalne znaczenie dla opracowania przyszłych narzędzi diagnostycznych do identyfikacji niezdrowych plemników - zaznaczył Gadelha.
- To odkrycie zrewolucjonizuje nasze rozumienie ruchliwości plemników i ich wpływu na naturalne zapłodnienie. Obecnie bardzo mało wiemy o skomplikowanym środowisku w żeńskim układzie rozrodczym oraz o tym, jak ruch plemników wpływa na zapłodnienie. Te nowe badania otwierają nam oczy na niesamowite możliwości plemników - powiedział Darszon.
Źródło: University of Bristol, fot. polymaths-lab.com
