Сперматозоид сравнили со штопором и выдрой

У человека, как и у многих других животных и ряда растений, мужские половые клетки (сперматозоиды) подвижны и для оплодотворения должны добраться до неподвижных женских половых клеток. Как правило, при этом сперматозоиды проплывают некоторое расстояние в жидкости на водной основе. Если их подвижность почему-то нарушена, слияния половых клеток не произойдет и потомства не появится. Поэтому важно знать, как двигаются сперматозоиды, чтобы в случае нарушений помочь им.

Антони ван Левенгук, описывая в 1677 году мужские половые клетки, отметил, что они перемещаются в жидкости, изгибая хвост (жгутик) подобно тому, как змея или угорь изгибает тело. По соображениям Левенгука, движения сперматозоида симметричны, и так часто считают до сих пор. Однако известно, что оболочка жгутика асимметрична: это, а также некоторые другие факты, имеющиеся сведения о плавании сперматозоидов объяснить не могут. Известно, что асимметричные волны создают хвосты мужских гамет у мышей и хламидомонад, но проверить это свойство у человеческих сперматозоидов по их движению в двумерном пространстве, как это делал Левенгук, нельзя.

Ученые из Великобритании и Мексики под руководством Габриэля Коркиди (Gabriel Corkidi) из Национального автономного университета Мексики запечатлели движение сперматозоидов здоровых мужчин высокоскоростной камерой (55 тысяч кадров в секунду). Пьезоэлектрическое устройство позволяло непрерывно быстро передвигать образец, и его получалось снять в нескольких проекциях.

На основе кадров ученые сделали трехмерные модели движения жгутика и головки сперматозоида, а с помощью метода главных компонент установили, что хвост этой клетки не колеблется из стороны в сторону, а подобно штопору (или выдре) вращается в одну сторону. Вместе с ним вращается и головка. 

Хотя такой способ перемещения должен все время отклонять клетку в одну сторону, этого не происходит из-за того, как части жгутика в каждый момент времени расположены друг относительно друга. Стоячая и бегущая волны при движении клетки так соотносятся друг с другом, что в двумерном пространстве кажется, будто сперматозоид совершает симметричные движения из стороны в сторону.

Новые данные о том, как плавают мужские половые клетки, скорее всего, заставят пересмотреть ряд подходов в репродуктивной медицине и помогут понять, почему некоторые сперматозоиды практически не двигаются (это явление называют астенозоспермией). Авторы надеются, что перемещение гамет других видов тоже исследуют похожим способом — с применением трехмерной микроскопии и математического анализа полученных данных.

Интересно, что раньше перемещение сперматозоидов уже связывали с движением по спирали. Немецкие исследователи в 2016 году создали «спермаботы» — наноразмерные двигатели, которые закручивали мужские половые клетки подобно штопору и вместе с ними двигались в нужном направлении. Такие структуры теоретически можно использовать для ускорения сперматозоидов, которые по каким-то причинам малоподвижны.