Samexistens av individuellt simmande och samlade spermier. Klustrade spermier är märkta med gula ovaler. Skalstång:50 μm. Kredit:S Phuyal, SS Suarez, C-K Tung
Det visar sig att spermier går mot strömmen bättre när de simmar tillsammans.
Trots den populära idén att den snabbaste och starkaste manliga fortplantningscellen är den som vinner befruktningsloppet, har forskning visat att spermier ofta går ihop för att navigera i det kvinnliga fortplantningssystemet i ett brett spektrum av däggdjursarter. En ny studie publicerad i tidskriften Frontiers in Cell and Developmental Biology erbjuder några övertygande skäl bakom ett nyligen identifierat klusterbeteende.
Tidigare forskning av teamet, ledd av forskare från North Carolina A&T State University och Cornell University, upptäckte först att spermier dras ihop naturligt utan att fästa vid varandra när de simmar i viskoelastisk vätska. Detta är den typ av vätska som påträffas av spermier som migrerar genom livmoderhalsen och livmodern till äggledaren där ägget befruktas. Termen viskoelasticitet syftar på både tjocklek och elasticitet.
Men lag av obundna spermier springer inte undan ensamsimmare, som de gör i andra exempel på gruppbeteende. Till exempel har skogsmusens spermahuvud en krok som fysiskt fäster den vid andra spermier, och länkar hundratals till tusentals i ett slags spermier som är snabbare än ensam sperma.
Gå mot strömmen
Forskarna ville lära sig de möjliga biologiska fördelarna med detta till synes konstiga beteende i en skala och i en miljö som inte är lätt att studera - specifikt strömmar av viskoelastisk vätska som flödar genom smala kanaler i det kvinnliga fortplantningsorganet. I en serie experiment med bovina spermier (en bra modell för den mänskliga sorten) och en mikrofluidisk anordning för att efterlikna de fysiska parametrarna i den kvinnliga kanalen, observerade de hur spermier som samlats i viskoelastisk vätska reagerade på olika flödesscenarier.
De fann tre potentiella biologiska fördelar med spermieklustring, baserat på styrkan på strömmen som spermierna måste färdas mot. För det första, i frånvaro av flöde, tycks samlade spermier ändra riktning mindre ofta och simma i en rakare linje. Mot ett milt till medelhögt flöde är klungade spermier bättre anpassade, som ett fiskstim på väg uppströms. Slutligen, under höga fysiologiska flödeshastigheter, verkar det finnas en säkerhet i antal mot att bli bortförd av det starka flödet.
"I allmänhet skulle jag säga att identifiering av motilitetsfördelar som inte är hastighetsförstärkning inte är vanligt, och därför betydande. På vissa sätt öppnar vi nya vägar för undersökning av spermieprestanda", konstaterade Dr. Chih-kuan Tung, medförfattare. och docent i fysik vid North Carolina A&T State University.
Fertilitet behöver fysik
Som utbildad fysiker sa Tung att han är särskilt intresserad av den skyddande dynamiken som är på gång när flödet är som tyngst. "Detta kan likna pelotonbildningen i cykling, även om vätskemekaniken för spermier skiljer sig drastiskt från cyklisterna. Vi skulle verkligen vilja veta mer om detta."
Att se spermier simma är inte bara en vetenskaplig sport. Bättre förståelse av fysiken för hur spermier navigerar genom det komplicerade kvinnliga fortplantningsorganet för att befrukta ägget kan få konsekvenser för infertilitetsbehandlingar och vidare.
"På längre sikt kan vår förståelse ge ett bättre urval av spermier som används för intervention som provrörsbefruktning eller annan assisterad reproduktionsteknik," sa Tung. "Detta kan behövas eftersom [dessa metoder] vanligtvis hoppar över några eller alla urvalsmekanismer som finns i det kvinnliga området och ger mindre gynnsamma resultat." + Utforska vidare
