Как на самом деле плавают человеческие сперматозоиды: Новое исследование опровергает многовековое представление
Исследователи из Бристольского университета (Великобритания) и Национального автономного университета Мексики совершили прорыв в науке о фертильности, опровергнув общепринятое представление о том, как сперматозоиды «плавают».
Более чем через 300 лет после того, как Антони ван Левенгук с помощью одного из первых микроскопов описал человеческий сперматозоид как имеющий «хвост, который при плавании бьётся змеевидным движением, подобно угрям в воде», учёные выяснили, что это оптическая иллюзия.
Используя передовую 3D-микроскопию и математику, доктор Эрмес Гаделха, доктор Габриэль Коркиди и доктор Альберто Дарсон впервые реконструировали истинное движение хвоста сперматозоида в трёх измерениях.
С помощью высокоскоростной камеры, способной записывать более 55 000 кадров в секунду, и предметного столика микроскопа с пьезоэлектрическим устройством для сверхбыстрого перемещения образца вверх-вниз, им удалось просканировать свободно плавающий сперматозоид в 3D.
Новаторское исследование, опубликованное в журнале Science Advances, показывает, что хвост сперматозоида на самом деле асимметричен и изгибается только в одну сторону. Хотя это должно было бы заставлять сперматозоид плавать по кругу, он нашёл остроумный способ адаптироваться и двигаться вперёд.
«Человеческие сперматозоиды поняли, что если они будут вращаться во время плавания, подобно игривым выдрам, винтообразно движущимся в воде, их односторонние удары усреднятся, и они поплывут вперёд», — пояснил доктор Гаделха.
«Быстрое и высокосинхронизированное вращение сперматозоидов создаёт иллюзию при наблюдении сверху в 2D-микроскопы — хвост кажется движущимся симметрично из стороны в сторону, "как угри в воде", как описал Левенгук в XVII веке. Наше открытие показывает, что сперматозоиды выработали технику плавания, чтобы компенсировать свою асимметрию, и тем самым гениально решили математическую задачу на микроскопическом уровне: создав симметрию из асимметрии».
Вращение сперматозоида, подобное движению выдры, является сложным: головка вращается одновременно с тем, как хвост вращается вокруг направления движения. В физике это известно как прецессия, подобно тому, как прецессируют орбиты Земли и Марса вокруг Солнца.
Современные компьютерные системы анализа семени (CASA), используемые в клиниках и исследованиях, по-прежнему используют 2D-изображения для оценки движения сперматозоидов. Следовательно, как и первый микроскоп Левенгука, они подвержены этой иллюзии симметрии при оценке качества спермы. Это открытие, с его новым применением 3D-микроскопии в сочетании с математикой, может дать новую надежду на раскрытие секретов человеческого размножения.
«Поскольку более половины случаев бесплодия вызваны мужскими факторами, понимание природы хвоста человеческого сперматозоида имеет основополагающее значение для разработки будущих диагностических инструментов для выявления нездоровых сперматозоидов», — добавляет доктор Гаделха.
Доктор Коркиди и доктор Дарсон стали пионерами в применении 3D-микроскопии для изучения плавания сперматозоидов.
«Мы считаем, что наш передовой 3D-микроскоп откроет ещё много скрытых секретов природы. Однажды эта технология станет доступной в клинических центрах», — сказал доктор Коркиди.
«Это открытие революционизирует наше понимание подвижности сперматозоидов и её влияния на естественное оплодотворение. Эти новые инструменты открывают нам глаза на удивительные возможности сперматозоидов», — сказал доктор Дарсон.