De puzzel van sperma en oppervlakte-attractie

In 1963 ontdekte de zoöloog Lord Rothschild dat zaadcellen in een druppel stierensperma de neiging hadden zich op een specifieke, niet-willekeurige manier te verspreiden. Om de een of andere reden waren ze veel waarschijnlijker nabij het oppervlak van de druppel dan nabij het midden ervan.

Sindsdien hebben veel biologen opgemerkt dat allerlei soorten zaadcellen de neiging hebben zich dicht bij een oppervlak te verzamelen in plaats van erop of ver weg ervan. In feite hebben ze de neiging om op een bepaalde afstand van een oppervlak te navigeren, zoals het dekglaasje of het objectglaasje onder een microscoop, een gedrag dat zeer nuttig is gebleken voor biologen die deze cellen bestuderen.

Waarom spermacellen zich op deze manier zouden moeten gedragen, hebben biologen lang voor een raadsel gehouden. Nu werpen David Smith en John Blake van de Universiteit van Birmingham in het VK enig licht op de zaak door een vloeistofdynamisch model te creëren van een zwemmende spermacel en de krachten die op deze schaal werken.

Hun conclusie is dat de ophoping in de buurt van oppervlakken puur een effect is van de vloeistofdynamica en niet zozeer het gedrag van het sperma zelf. Het effect is echter subtiel en komt alleen naar voren in langdurige simulaties van het gedrag van sperma in vloeistoffen

Smith en Blake zeggen dat er verschillende effecten aan het werk zijn. Ten eerste is er een zeer zwakke vloeistofdynamische kracht die cellen naar een oppervlak trekt.

Om verschillende redenen heeft een zaadcel echter de neiging om een ​​specifieke houding aan te nemen wanneer hij dicht bij een oppervlak komt: de staart heeft de neiging dichter bij het oppervlak te zitten dan het hoofd. Deze neiging zorgt ervoor dat het sperma wegzwemt van het oppervlak.

Daarbij komt nog de natuurlijke werpbeweging van een spermatozoa terwijl het zwemt, waardoor het eerst wegzwemt van en vervolgens naar een oppervlak.

Smith en Blake simuleerden het effect van deze krachten en herhaalden ze. Ze ontdekten dat het zwemtraject van een sperma na 8000 cycli altijd naar een bepaalde afstand van het oppervlak zou neigen. Het oppervlak trekt niet alleen de cel aan; het veroorzaakt afwisselend stampen naar en weg van het oppervlak dat de cel naar deze eindige afstand stuurt, zeggen ze.

Deze convergentie naar een bepaalde afstand van een oppervlak kost tijd. Maar Smith en Blake zeggen dat de grootte en vorm van de kop van de cel dit aanzienlijk versnellen.

Dus dat is een subtiel effect dat een grote bijdrage levert aan het ophelderen van dit al lang bestaande mysterie.

Het roept echter een aantal andere vragen op, zoals waarom sperma in het eerste geval deze vreemde eigenschap krijgt. Is het een artefact dat alleen wordt waargenomen in de zeer kunstmatige omstandigheden die zich voordoen onder dekglaasjes en microscopen? Of is het biologisch significant, in welk geval hoe is het geëvolueerd en waarom?

En tot slot, kan dit betere begrip van het spermagedrag nuttig worden gebruikt in vruchtbaarheidsbehandelingen? Ongeveer 1 op de 6 stellen in de westerse wereld heeft moeite om zwanger te worden en ongeveer de helft hiervan wordt veroorzaakt door problemen met sperma.

Een beter begrip van de beweeglijkheid van sperma zal zeker ooit helpen en kan ook belangrijk zijn op andere gebieden, zoals het fokken van huisdieren en natuurbehoud.

Referentie: arxiv.org/abs/1007.2153 : Oppervlakteaccumulatie van spermatazoa: een vloeistofdynamisch fenomeen

zich verstoppen