Gezond sperma is van cruciaal belang voor de bevruchting van bijna elk levend organisme op onze planeet, inclusief de mens. Om zich voort te planten, moet menselijk sperma een afstand zwemmen die gelijk is aan het beklimmen van de Mount Everest om het ei te vinden. Ze voltooien deze epische reis door simpelweg met hun staart te wiebelen en vloeistof te verplaatsen om vooruit te zwemmen. Hoewel meer dan 50 miljoen zaadcellen de eicel niet zullen bereiken – het equivalent van meer dan zes keer de totale bevolking van Londen of New York – is er maar één enkele zaadcel nodig om een eicel te bevruchten die uiteindelijk een mens zal worden.
Onderzoekster Hermes Gadêtha Senior Lecturer in Applied Mathematics and Data Modelling, University of Bristol deed hier statistisch onderzoek naar.
Sperma werd voor het eerst ontdekt in 1677 – maar het duurde ongeveer 200 jaar voordat wetenschappers het eens waren over hoe mensen werkelijk worden gevormd. De ‘preformationisten’ geloofden dat elke spermatozoa een klein, geminiaturiseerd mens bevatte – de homunculus. Ze geloofden dat het ei gewoon een plek bood waar het sperma kon groeien.
Aan de andere kant voerden de “epigenesisten” aan dat zowel mannen als vrouwen hebben bijgedragen aan de vorming van een nieuw wezen, en ontdekkingen in de 18e eeuw toonden meer bewijs voor deze theorie. Hoewel wetenschappers de rol die sperma speelt bij de voortplanting nu beter begrijpen, heeft het laatste onderzoek ontdekt dat sperma de hele tijd wetenschappers voor de gek heeft gehouden.
Een van de eerste microscopen is in de 17e eeuw ontwikkeld door Antonie van Leeuwenhoek. Hij gebruikte een klodder gesmolten glas die hij zorgvuldig had geslepen en gepolijst om een krachtige lens te creëren. Sommigen van hen konden een object 270 keer vergroten. Opmerkelijk is dat er al meer dan 200 jaar geen betere lens is gemaakt.
De lenzen van Leeuwenhoek maakten hem de eerste ontdekkingsreiziger van de microscopische wereld, in staat om objecten zoals bacteriën, de binnenkant van onze cellen en sperma te zien. Toen Leeuwenhoek voor het eerst sperma ontdekte, omschreef hij het als een ‘levend diertje’ met een ‘staart, die bij het zwemmen met een slangachtige beweging slingert, als aal in het water’.
Opvallend is dat onze perceptie van hoe sperma zwemt sindsdien niet is veranderd. Iedereen die tegenwoordig een moderne microscoop gebruikt, maakt nog steeds dezelfde observatie: sperma zwemt naar voren door hun staart heen en weer te wiebelen. Maar zoals het onderzoek van Hermes Gadêlha aantoont, hebben we het de afgelopen 350 jaar eigenlijk mis gehad over hoe sperma zwemt.
Met behulp van de allernieuwste 3D-microscopietechnologie was haar team van onderzoekers uit het VK en Mexico in staat om de snelle beweging van de spermastaart in 3D wiskundig te reconstrueren. De grootte van het sperma maakt het niet alleen moeilijk het te bestuderen – de staart meet slechts een halve haarbreedte – ze zijn ook snel.
De zweepachtige beweging van hun staart kan in minder dan een seconde meer dan 20 zwemslagen slaan. De onderzoekers hadden een supersnelle camera nodig die in één seconde meer dan 55.000 foto’s kon maken, gemonteerd in een snel oscillerende fase om het staal met een ongelooflijk hoge snelheid op en neer te bewegen – effectief de spermastaart te scannen terwijl die vrij in 3D zwemt.
Wat de onderzoekers vonden, verraste hen. Ze ontdekten dat de spermastaart eigenlijk wankel is en slechts aan één kant wiebelt. Hoewel dit zou moeten betekenen dat de eenzijdige slag van het sperma ervoor zorgt dat het in cirkels zwemt, heeft sperma een slimme manier gevonden om zich aan te passen en naar voren te zwemmen: ze rollen terwijl ze zwemmen, net als de manier waarop otters door water dartelen. Op deze manier wordt de wankele eenzijdige slag gelijkmatiger als sperma rolt waardoor het naar voren kan bewegen.
Het snelle en sterk gesynchroniseerde ronddraaien van het sperma veroorzaakt een illusie van bovenaf gezien met 2D-microscopen – de staart lijkt een zijwaartse beweging te hebben. Deze ontdekking toont echter aan dat sperma een zwemtechniek heeft ontwikkeld om hun scheve kanten te compenseren. Daarbij hebben ze ook ingenieus een wiskundige puzzel opgelost: door symmetrie te creëren uit asymmetrie.
Het spermalichaam draait op hetzelfde moment dat de staart rond de zwemrichting draait. Sperma “boort” in de vloeistof als een tol door rond zichzelf te draaien terwijl de gekantelde as rond het midden draait. Dit staat in de natuurkunde bekend als precessie, net als de precessie van de equinoxen op onze planeet.
Computerondersteunde sperma-analyse (CASA) -systemen, die tegenwoordig in gebruik zijn, zowel in klinieken als voor onderzoek, gebruiken nog steeds 2D-weergaven van de beweging van het sperma. Net als de eerste microscoop van Leeuwenhoek zijn ze nog steeds vatbaar voor deze illusie van symmetrie bij het beoordelen van de spermakwaliteit. Symmetrie (of het gebrek daaraan) is een kenmerk dat de vruchtbaarheid kan beïnvloeden.
Het wetenschappelijke verhaal van de spermastaart volgt de route van elk ander onderzoeksgebied: vooruitgang in het begrijpen van de beweging van sperma is sterk afhankelijk van de ontwikkeling van technologieën op het gebied van microscopie, registratie en nu wiskundige modellering en data-analyse. De 3D-microscopietechnologie die vandaag is ontwikkeld, zal vrijwel zeker de manier waarop we sperma analyseren in de toekomst veranderen.
Deze nieuwste ontdekking, met het nieuwe gebruik van 3D-microscooptechnologie in combinatie met wiskunde, kan nieuwe hoop bieden voor het ontrafelen van de geheimen van menselijke reproductie. Met meer dan de helft van de onvruchtbaarheid veroorzaakt door mannelijke factoren, is het begrijpen van de menselijke spermastaart fundamenteel voor toekomstige diagnostische instrumenten voor het identificeren van ongezond sperma, en verbetering van de vruchtbaarheid.
Deze website bevat info die mogelijks niet geschikt is voor kinderen. U bevestigt minstens 16 jaar te zijn. Deze website gebruikt cookies. U gaat daarmee akkoord.
