Het blijkt dat sperma beter tegen de stroom in gaat als ze samen zwemmen.

Ondanks het populaire idee dat de snelste en sterkste mannelijke voortplantingscel degene is die de bevruchtingsrace wint, heeft onderzoek aangetoond dat spermatozoa vaak samenwerken om door het vrouwelijke voortplantingsstelsel te navigeren bij een breed scala aan zoogdiersoorten. Een nieuwe studie gepubliceerd in het tijdschrift Frontiers in Cell and Developmental Biology biedt enkele dwingende redenen voor een nieuw geïdentificeerd clustergedrag.

Eerder onderzoek door het team, geleid door wetenschappers van de North Carolina A&T State University en Cornell University, ontdekte voor het eerst dat sperma van nature samentrekt zonder aan elkaar te hechten tijdens het zwemmen in visco-elastische vloeistof. Dit is het type vloeistof dat sperma tegenkomt dat door de baarmoederhals en baarmoeder migreert naar de eileider waar het ei wordt bevrucht. De term visco-elasticiteit verwijst naar zowel dikte als elasticiteit.

Echter, teams van niet-aangesloten sperma ontlopen de solo-zwemmers niet, zoals in andere voorbeelden van groepsgedrag. De spermakop van de bosmuis heeft bijvoorbeeld een haak die hem fysiek aan ander sperma bevestigt, en honderden tot duizenden verbindt in een soort spermatrein die sneller is dan alleen sperma.

Tegen de stroom in

De onderzoekers wilden de mogelijke biologische voordelen van dit schijnbaar vreemde gedrag leren op een schaal en in een omgeving die niet gemakkelijk te bestuderen is, met name stromen van visco-elastische vloeistof die door smalle kanalen in het vrouwelijke voortplantingsstelsel stromen. In een reeks experimenten met rundersperma (een goed model voor de menselijke variëteit) en een microfluïdisch apparaat om de fysieke parameters van het vrouwelijke kanaal na te bootsen, observeerden ze hoe sperma geclusterd in visco-elastische vloeistof reageerde op verschillende stroomscenario's.

Ze vonden drie potentiële biologische voordelen voor spermaclustering, gebaseerd op de kracht van de stroom waartegen het sperma moet reizen. Ten eerste, bij afwezigheid van stroming, lijken geclusterde spermacellen minder vaak van richting te veranderen en in een rechtere lijn te zwemmen. Tegen een milde tot middelmatige stroom in, zijn geclusterde spermacellen beter uitgelijnd, zoals een school vissen die stroomopwaarts gaat. Tot slot, onder hoge fysiologische stroomsnelheden, lijkt er veiligheid in aantal te zijn tegen meeslepen door de sterke stroom.

"In het algemeen zou ik zeggen dat het niet gebruikelijk en daarom significant is om motiliteitsvoordelen te identificeren die geen snelheidsverbetering zijn. In sommige opzichten openen we nieuwe wegen voor het onderzoeken van spermaprestaties", merkte Dr. Chih-kuan Tung op, co-auteur en universitair hoofddocent natuurkunde aan de North Carolina A&T State University.

Vruchtbaarheid heeft natuurkunde nodig

Als een getrainde fysicus zei Tung dat hij vooral geïntrigeerd is door de beschermende dynamiek die speelt wanneer de stroming het zwaarst is. "Dit lijkt misschien op de pelotonformatie bij het fietsen, hoewel de vloeistofmechanica voor sperma drastisch anders is dan bij de fietsers. We zouden hier zeker meer over willen weten."

Sperma zien zwemmen is niet alleen een wetenschappelijke sport. Een beter begrip van de fysica van hoe sperma door het gecompliceerde vrouwelijke voortplantingsstelsel navigeert om het ei te bevruchten, kan gevolgen hebben voor onvruchtbaarheidsbehandelingen en daarbuiten.

"Op de langere termijn kan ons begrip zorgen voor een betere selectie van sperma dat wordt gebruikt voor interventie, zoals in-vitrofertilisatie of andere technologieën voor geassisteerde reproductie," zei Tung. "Dit kan nodig zijn omdat [deze methoden] meestal enkele of alle selectiemechanismen in het vrouwelijke kanaal overslaan en minder gunstige resultaten opleveren." + Verder verkennen

Hoe je winnend sperma kunt spotten:onderzoek hun racestrepen