Forskare har upptäckt vad som ger mänskliga spermier styrkan att lyckas i kapplöpningen om att befrukta ägget.

Forskarna, från universiteten i York och Oxford, upptäckte att ett förstärkande yttre lager som täcker svansarna på mänsklig sperma är det som ger dem styrkan att göra de kraftfulla rytmiska slag som behövs för att bryta igenom livmoderhalsslemhinnan.

Endast cirka 15 av de 55 miljoner spermier som ger sig ut på den förrädiska resan för att befrukta ägget kan ta sig genom fortplantningsorganet där livmoderhalsslem, som är hundra gånger tjockare än vatten, utgör en del av en av naturens tuffaste selektiva utmaningar.

Fynden kan leda till bättre spermieurvalsmetoder på IVF-kliniker, med de starkaste spermierna identifieras under förhållanden som efterliknar naturen närmare.

3,5 miljoner människor i Storbritannien drabbas av fertilitetsproblem och par som väljer IVF spenderar i genomsnitt £20, 000.

Dr Hermes Gadêlha, från Institutionen för matematik vid University of York, sa:"Vi förstår fortfarande inte helt hur, men en spermies förmåga att simma kan vara associerad med genetisk integritet. Livmoderhalsslem är en del av processen i den kvinnliga kroppen för att säkerställa att endast de bästa simmare kommer till ägget.

"Under spermieurvalsprocessen, IVF-kliniker använder för närvarande inte en högviskös vätska för att testa de bästa spermierna eftersom det hittills inte var helt klart om detta är viktigt. Vår studie tyder på att fler kliniska tester och forskning behövs för att undersöka effekterna av denna del av den naturliga miljön när man väljer spermier för IVF-behandlingar."

Spermiesvansar - eller flageller - är otroligt komplexa och mäter bara bredden på ett hårstrå på längden.

Forskarna använde virtuell spermiemodell för att jämföra svansarna av spermier från människor och andra däggdjur, som befruktar inuti kroppen; med spermier från sjöborrar, som befruktar utanför kroppen genom att släppa ut sina spermier i havsvattnet.

Medan svansarna på sjöborre och mänskliga spermier delar samma böjiga inre kärna, studien tyder på att svansarna av spermier hos däggdjur kan ha utvecklat ett förstärkande yttre skikt för att ge dem den exakta mängden extra styrka och stabilitet som krävs för att övervinna den tjocka vätskebarriären de stöter på vid inre befruktning.

Forskarna använde virtuella modeller för att lägga till och ta bort egenskaperna hos flageller i de olika arterna så att de kunde identifiera deras funktion.

De testade förmågan hos virtuella sjöborreliknande spermier att simma genom vätska lika trögflytande som livmoderhalsslem och fann att deras svansar snabbt knäckte sig under trycket, gör dem oförmögna att driva sig själva framåt.

Mänskliga spermier å andra sidan, trasslade runt vilt i en lågviskös vätska som vatten, men i tjockare vätskor började de simma i en kraftig rytmisk våg.

Dr. Gadêlha tillade:"Genom att använda virtuella spermier kunde vi se hur däggdjursspermier är speciellt anpassade för att simma genom tjockare vätskor. Vi vet inte vilken anpassning som kom först – den starkare spermien eller livmoderhalsslemmet, eller om de har utvecklats samtidigt – men ingenting i naturen är av en slump och exakt vad som krävs för att arter ska fortplanta sig har lagts till på grund av evolutionärt tryck under miljontals år."

Utan något centralt nervsystem för att fatta beslut om hur man ska flytta och när - vad som styr spermiers rörelse förblir ett vetenskapligt mysterium.

"Vi vet det, precis som i våra armar och ben, spermier har små muskler som gör att deras svansar kan böjas – men ingen vet hur detta orkestreras inuti svansen, på nanometrisk skala, " sa doktor Gadêlha.

"Spermier är en arkityp av självorganisering - rörelse verkar ske automatiskt, kanske på grund av en komplex kombination av många mekanismer som spelar."