Татуировката на Скот Питник не е съвсем фина. Масивните черно-бели сперматозоиди се извиват и завиват нагоре по дясната му предмишница, изглежда, че се нахлузват във и извън кожата му, преди да изплуват в глава с размер на юмрук на бицепса. Нито биологът от университета в Сиракуза не е резервиран за необичайното си изкуство на тялото, което навремето се появи в монтаж на знатни учени татуировки, публикувани в The Guardian .
За Питник неговото сложно мастило отразява дълбокото му очарование в „невероятно уникалната биология на сперматозоидите“. Считайте, че той казва, че сперматозоидите са единствените клетки в тялото, предназначени да бъдат изхвърлени в чужда среда - подвиг, който изисква драматични физически промени, тъй като те пътуват от тестисите в репродуктивния тракт на жената.
Свързано съдържание
- Най-ранните бозайници са се разхладили със спуснати тестиси
- Защо учените изпратиха мишката сперма на Международната космическа станция
- Сега можете да измервате мъжката фертилност с приложение за смартфон
- Контрацептивният гел, наречен „IUD for Men“, го прави чрез опити с маймуни
„Никоя друга клетка не прави това“, казва Питник, който изучава спермата повече от 20 години. "Те имат тази самостоятелност."
В своята лаборатория Питник инженерира сперматозоидите от плодови мухи, за да свети призрачно червено и зелено, така че да може да ги наблюдава как се движат през разчленени женски репродуктивни пътища. Той се надява, че работата му ще помогне да се разкрие как се държат сперматозоидите в женските тела, област на изследване, която все още е в относителна зародиш. Този вид иновации могат един ден да обяснят голямото разнообразие на формата и размера на сперматозоидите в цялото животинско царство. Нещо повече, те биха могли в крайна сметка да помогнат на изследователите да разработят лечение на човешкото безплодие, както и по-ефективни мъжки контрацептиви.
„Не разбираме почти нищо за функцията на спермата, какво правят сперматозоидите“, казва Питник. Много от отговорите на тези неизвестни вероятно се крият в другата половина на пъзела на сперматозоидите: женски тела.
Това може да дойде като разочарование за смелите биолози, които за първи път погледнаха сперматозоидите в пълната си слава през 17-ти и 18-ти век, използвайки тогава революционния микроскоп. Тези ранни сперматозоиди намериха задача да отговорят на най-основните въпроси, например: Живи животни от сперматозоиди ли са? Паразити ли са? И дали всяка сперма съдържа мъничко предварително образувано възрастно човече, свито вътре? (Ще стигнем до това по-късно.)
Ранните микроскопични наблюдения на Левенхук върху сперматозоиди от зайци (фиг. 1-4) и сперма от кучета (фиг. 5-8). (Wikimedia Commons) Човекът със съмнителната чест да бъде първият, който изучава подробно сперматозоидите, беше Антон ван Левенгук, холандец, разработил ранния сложен микроскоп. Van Leeuwenhoek за пръв път използва новия си инструмент, за да изследва по-целомъдрени теми като пчелни жилки, човешки въшки и езерна вода в средата на 1670-те.
Колегите го призоваха да насочи обектива си към спермата. Но се тревожеше, че ще е неприлично да пише за сперма и полов акт и затова той се спря. Най-накрая, през 1677 г. той се предаде. Изследвайки собствения си еякулат, той веднага беше поразен от дребните „животинки“, които намери, че се извива вътре.
Hesitant дори да сподели своите открития с колегите си - камо ли да си татуира wriggler на ръката си - ван Leeuwenhoek колебливо пише на Кралското общество в Лондон за откритието си през 1677 г. „ Ако вашето лордонство трябва да прецени, че тези наблюдения могат да отвратят или скандализират наученото, Искрено умолявам вашето господство да ги счита за частни и да ги публикува или унищожава така, както вашето лордоне смята за добре . "
Неговото господство (известен още като президент на Кралското общество) реши да публикува констатациите на Ван Левенгук в списанието „ Философски сделки“ през 1678 г. - като по този начин роди чисто новото поле на биологията на спермата.
Трудно е да се преувеличи колко мистериозни биха се появили тези мигащи, микроскопични запетаи пред учените по това време. Преди откриването на тези „животни“, теориите за това как хората правят повече хора варираха широко, казва Боб Монтгомери, биолог, който изучава репродукцията на животни в университета на Queen в Канада. Например, някои вярват, че излъчваната от мъжкия еякулат пара стимулира женските да правят бебета, докато други вярват, че мъжете всъщност правят бебета и ги прехвърлят на женски за инкубация.
„Можете да си представите колко е трудно, когато нямате представа какво се случва“, казва Монтгомери. Тоест: без да могат да видят сперматозоиди и яйца, тези учени наистина просто изваждаха теориите от чист въздух.
През 17-ти век много изследователи смятат, че всеки сперматозоид съдържа мъничък, напълно предварително оформен човек, както е илюстрирано в тази скица от 1695 г. от Николаас Харцокер. (Wikimedia Commons) Дори след като Ван Левенгук откри сперматозоидите през 1677 г., минаха приблизително 200 години, преди учените да се договорят как се формират хората. Две основни полета на мисълта се появиха по пътя: От една страна, "преформатистите" вярваха, че всеки сперматозоид - или всяко яйце, в зависимост от това кой сте поискали - съдържа мъничък, напълно предварително оформен човек. Съгласно тази теория, яйцеклетката - или спермата - просто е предоставила място за развитие.
От друга страна, "епигенистите" твърдят, че и мъжете, и жените са допринесли материал за формиране на нов организъм, макар че не са били сигурни кой точно е допринесъл. Откритията през 1700 г. предлагат повече доказателства за този аргумент, включително откритието от 1759 г., че пилетата развиват органите постепенно. (Монтгомъри отбелязва това в книгата „ Биология на сперматозоидите: Еволюционна перспектива“, която беше редактирана от колеги, включително Pitnick.)
С подобрения на микроскопа изследователите от средата на 19 век наблюдават ембрионалното развитие в яйцата на морски таралеж, които са удобно прозрачни. Тези наблюдения продължиха да опровергават концепцията за предварителна подготовка и позволиха на изследователите да започнат да питат как спермата и яйцеклетката работят заедно за създаването на нови организми.
Изследванията на сперматозоидите хвърлят светлина и върху други телесни системи. През 60-те години на миналия век изследователите идентифицират протеин динеин, който е отговорен за движението на сперматозоидите. „Оказва се, че един и същ двигателен протеин е отговорен за всички видове процеси, които протичат в клетките“, казва Чарлз Линдеман, професор emeritus от Оукландския университет в Мичиган, който изучава подвижността на сперматозоидите. Днес знаем, че дюнинът участва в движението на микроскопични клетъчни структури като ресничките и жгутиците, които са ключови за много телесни функции.
И все пак ранният напредък в изследванията за фертилитет бавно започва. Просто не е имало много много работещи учени тогава, камо ли учени за сперма, казва Монтгомери. Той смята, че по това време е имало само няколко десетки хора, изследващи спермата; за сравнение днес около 400 000 учени изучават рака. "Някои хора го правеха, но може би не е достатъчно", казва Монтгомери.
Питник добавя, че малкото ранни изследователи, които са изследвали сперматозоидите, може би не са оценили напълно ролята на женската репродуктивна система в уравнението на плодовитостта - пропуск, който би могъл да обясни защо тази област все още е толкова загадка. „Част от това е мъжки пристрастие в биологията да мисли, че женската не е важна част от историята и това се връща назад в биологията на сперматозоидите към цялата тази идея за предварителна подготовка“, казва Питник.
От по-техническа гледна точка наблюдаването на движението на сперматозоидите в женската е логистично много предизвикателно. Както Питник посочва, е доста трудно да се снима камера в женския репродуктивен тракт.
Това е геният зад светещите му сперматозоиди от плодови мухи и способността да ги наблюдава в реално време. Видеото по-горе показва отстранения репродуктивен тракт на женска плодова муха, която Питник е запазил непокътнат във физиологичен разтвор. Когато е живял, тази женска е била чифтосана със мъж със зелени сперматозоиди, след което няколко дни по-късно се е свързала с мъж с червена сперма. Само главите на спермата са маркирани с флуоресцентния протеин, така че опашките на спермата не могат да се видят.
С този вид технологии Питник може да добие представа защо има толкова много разнообразие във формата и размера на спермата. Например, светещите сперматозоиди, които той изучава, имат мега дълги опашки, достигащи до 6 сантиметра дължина, когато се развиват - приблизително дължината на вашия розов пръст и най-дългата известна в животинското царство. Той е прекарал десетилетия в опити да разбере защо една муха ще се развие по този начин и най-накрая е пренасочил женския репродуктивен тракт като източник на отговора си.
Докато Питник се фокусира върху мухите, спермата също е привлякла вниманието на съвременните учени, които се опитват да помогнат на човешките двойки, които се опитват да заченат. Откритията на Питник могат по невнимание да помогнат за тази задача. „В много случаи това е разлика в съвместимостта между конкретен мъж и жена и те не познават основния механизъм“, казва той. „Разбирането на взаимодействието между сперматозоидите със сигурност може да хвърли светлина върху разбирането на нови обяснения за безплодието и евентуално нови решения за него.“
Основните изследвания на сперматозоидите също ще помогнат да се ускори напредъкът в разработването на мъжки контрацептиви, казва Даниел Джонстън, ръководител на отдела за изследване на контрацепцията в Националните здравни институти. Досега изследователите са опитвали всичко - от гелове до хапчета, но ефективен, надежден контрол на раждаемостта при мъжете остава неуловим. Джонстън казва, че учените все още са изправени пред най-основните въпроси: какво е сперма, така или иначе?
Сперматозоидните клетки варират невероятно в животинското царство. Тази единична сперматозоидна клетка с плодови мухи може да достигне няколко сантиметра, когато се разбуни. (Романо Дала) „Трябва наистина да разберем какво представлява спермата“, казва Джонстън, който е работил за описание на пълното съдържание на протеини в спермата - важна първа стъпка в разбирането как да създадем ефективни контрацептиви. „Когато разберете това, потенциално можете да започнете да разбирате какво трябва да попречим.“
Наскоро частна група, наречена инициатива за мъжки контрацепции, започна конкурс, който ще финансира един иновативен изследователски проект за контрацепция. * Гунда Георг, лекар-химик от Университета в Минесота, го направи през първия кръг на конкурса за своето изследване на безплодието. -асоциирани гени при мишки, които в крайна сметка биха могли да бъдат използвани за разработване на мъжко противозачатъчно хапче.
Нейните настоящи изследвания помагат да се определят подходящите дозови нива за такива лекарства и да се оцени потенциалните странични ефекти. В крайна сметка „ако човек спре да приема хапчето, той трябва напълно да се върне към нормалното си“, казва Георг.
Джонстън е доволен, че има възможността да подкрепи този тип изследвания в NIH, както от интерес към придвижването на мъжки контрацептиви напред, така и от фундаментална интрига в сперматозоидите, която не изостава през 25-годишната си кариера. „Спермата е завладяваща - казва Джонстън. - Няма нищо подобно.“
Питник, естествено, се съгласява. Безсмислието, което учените като Ван Левенхук демонстрира в първите дни, според него, отшумя в областта. „Не мисля, че днес има твърде много биолози, които изпитват някакъв вид дискомфорт, който говори за тези неща“, казва Питник. А за него лично? "Обичам тази биология", казва той. "Ще говоря с никого за него, който е готов да слуша."
Бележка на редактора, 7 юни 2017 г.: Първоначално в това парче се посочва, че инициативата за мъжки контрацепции се намира под NIH; това е частно начинание.
