Даже сперма должна слипаться.
Новое исследование показывает, что сперматозоиды быков плавают более эффективно, когда находятся в скоплениях, что потенциально дает представление о фертильности у людей. В моделируемых репродуктивных трактах животных, таких как крупный рогатый скот и люди, такое поведение увеличивает шансы на то, что группы сотрудничающих сперматозоидов крупного рогатого скота опередят блуждающих одиночек, когда они соревнуются за оплодотворение женской яйцеклетки, физик Чи-куан Тунг и его коллеги сообщают 22 сентября в Frontiers in Cell and Development Biology.
Преимущества кластеризации не сводятся к абсолютной скорости. “Они не быстрее”, — говорит Танг из Сельскохозяйственного и технического государственного университета Северной Каролины в Гринсборо. “С точки зрения скорости они сравнимы или медленнее”, чем сперматозоиды, путешествующие в одиночку. Подобно сперматозоидному эквиваленту стад черепах, гоняющихся за отдельными зайцами, победителями не обязательно становятся самые быстрые, скорее те, кто может попасть в цель.
Сами по себе сперматозоиды имеют тенденцию следовать по изогнутым траекториям, что является проблемой, потому что кратчайшее расстояние между двумя точками — это прямая линия. Но когда сперматозоиды собираются в группы по два или более человека, они плывут по более прямым маршрутам. Это поведение, которое пара тех же исследователей отметила в предыдущем исследовании, где они отслеживали сперматозоиды, плавающие в неподвижных жидкостях. Хотя это может дать скоплениям сперматозоидов преимущество, это поможет только в том случае, если они будут двигаться в правильном направлении. Другие преимущества кластеризации сперматозоидов были неясны до тех пор, пока исследователи не разработали экспериментальную установку, которая вводила в свои эксперименты текучую жидкость.
У таких существ, как люди и крупный рогатый скот, сперматозоиды добираются до яйцеклетки, плывя против потока слизи, который проходит через шейку матки и выходит из нее. Трудно изучить, какие преимущества может принести кластеризация при плавании вверх по течению внутри живых существ. Итак, Тунг и его коллеги создали аналог в своей лаборатории: неглубокий, узкий канал длиной 4 сантиметра, заполненный густой жидкостью, которая имитирует естественную слизь и течет со скоростью, которую исследователи могли контролировать.
Будь то поодиночке или группами, сперматозоиды естественным образом стремятся плыть вверх по течению. Однако скопления сперматозоидов в эксперименте лучше справлялись с задачей, направляясь вверх по потоку слизи, в то время как отдельные сперматозоиды с большей вероятностью направлялись в других направлениях. Несмотря на более быстрое перемещение некоторых отдельных сперматозоидов, более слабая способность указывать вверх по течению препятствовала продвижению одиночных сперматозоидов по сравнению с более медленными движущимися скоплениями.
В густой, похожей на слизь жидкости, текущей слева направо, скопления сперматозоидов движутся более последовательно против течения, чем отдельные сперматозоиды сами по себе.
Скопления также оставались на прежнем уровне перед лицом быстро текущей слизи. Когда исследователи увеличили поток в своем аппарате, многие отдельные сперматозоиды были смыты. Скопления сперматозоидов с гораздо меньшей вероятностью уносились вниз по течению.
Хотя сперматозоиды в исследовании были бычьими, преимущества кластеризации должны также применяться к человеческой сперме, говорит Танг. Сперматозоиды обоих видов имеют схожие размеры. Пловцы обычно соревнуются за оплодотворение одной яйцеклетки. И в отличие от свиней или других животных, где сперма поступает непосредственно в полость матки, как человека, так и спермы крупного рогатого скота в вагину и путешествия через шейку матки, чтобы добраться до матки.
Изучение сперматозоидов в жидкостях, которые очень напоминают текущую слизь в репродуктивных путях, может выявить проблемы, которые не обнаруживаются при обычных наблюдениях за плаванием сперматозоидов в неподвижных жидкостях, говорит Танг. “Одна надежда состоит в том, что такого рода знания могут помочь нам лучше ставить диагнозы”, чтобы дать ключ к пониманию бесплодия у людей.
По словам исследователя фертильности Кристофера Барратта из Университета Данди в Шотландии, который не был связан с исследованием, исследование спермы в реальных условиях в лаборатории вскоре может оказать практическую помощь людям, испытывающим проблемы с зачатием.
“То, как сперматозоид реагирует на окружающую среду и как это может изменить его поведение, является очень важной темой”, — говорит Барратт. “Этот тип технологии может быть использован или адаптирован для отбора спермы более высокого качества” для людей, нуждающихся в помощи в области фертильности. “Это было бы очень важно”.