Onderzoekers hebben ontdekt wat menselijk sperma de kracht geeft om te slagen in de race om het ei te bevruchten.

De onderzoekers, van de universiteiten van York en Oxford, ontdekte dat een versterkende buitenlaag die de staarten van menselijk sperma bedekt, hen de kracht geeft om de krachtige ritmische slagen te maken die nodig zijn om de baarmoederhalsslijmbarrière te doorbreken.

Slechts ongeveer 15 van de 55 miljoen zaadcellen die aan de verraderlijke reis beginnen om de eicel te bevruchten, kunnen het voortplantingskanaal bereiken waar baarmoederhalsslijm, dat honderd keer dikker is dan water, maakt deel uit van een van de moeilijkste selectieve uitdagingen van de natuur.

De bevindingen kunnen leiden tot betere methoden voor spermaselectie in IVF-klinieken, waarbij het sterkste sperma wordt geïdentificeerd onder omstandigheden die de natuur beter nabootsen.

3,5 miljoen mensen in het VK hebben te maken met vruchtbaarheidsproblemen en stellen die voor IVF kiezen, besteden gemiddeld £ 20, 000.

Dr. Hermes Gadêlha, van de afdeling Wiskunde aan de Universiteit van York, zei:"We begrijpen nog steeds niet helemaal hoe, maar het vermogen van een sperma om te zwemmen kan worden geassocieerd met genetische integriteit. Baarmoederhalsslijm maakt deel uit van het proces in het vrouwelijk lichaam om ervoor te zorgen dat alleen de beste zwemmers het ei bereiken.

"Tijdens het spermaselectieproces, IVF-klinieken gebruiken momenteel geen zeer stroperige vloeistof om te testen op het beste sperma, omdat het tot nu toe niet helemaal duidelijk was of dit belangrijk is. Onze studie suggereert dat er meer klinische tests en onderzoek nodig zijn om de impact van dit element van de natuurlijke omgeving te onderzoeken bij het selecteren van sperma voor IVF-behandelingen."

Spermastaarten - of flagella - zijn ongelooflijk complex en meten slechts de breedte van een haar in de lengte.

De onderzoekers gebruikten een virtueel spermamodel om de staarten van sperma van mensen en andere zoogdieren te vergelijken, die bevruchten in het lichaam; met sperma van zee-egels, die buiten het lichaam bevruchten door hun sperma in zeewater af te geven.

Terwijl de staarten van zee-egels en menselijk sperma dezelfde buigzame binnenkern delen, de studie suggereert dat de staarten van sperma bij zoogdieren een versterkende buitenlaag hebben ontwikkeld om ze de exacte hoeveelheid extra sterkte en stabiliteit te geven die nodig is om de dikke vochtbarrière te overwinnen waar ze tegenaan lopen bij interne bevruchting.

De onderzoekers gebruikten virtuele modellen om de kenmerken van flagella in de verschillende soorten toe te voegen en te verwijderen, zodat ze hun functie konden identificeren.

Ze testten het vermogen van virtueel zee-egelachtig sperma om door vloeistof te zwemmen die zo stroperig is als baarmoederhalsslijm en ontdekten dat hun staarten snel knikten onder de druk, waardoor ze niet in staat zijn zichzelf voort te stuwen.

Menselijk sperma daarentegen, wild heen en weer geslingerd in een vloeistof met een lage viscositeit zoals water, maar in dikkere vloeistoffen begonnen ze in een krachtige ritmische golf te zwemmen.

Dr. Gadêlha voegde toe:"Met behulp van virtueel sperma konden we zien hoe zoogdiersperma speciaal is aangepast om door dikkere vloeistoffen te zwemmen. We weten niet welke aanpassing eerst was - het sterkere sperma of het baarmoederhalsslijm, of dat ze samen zijn geëvolueerd - maar niets in de natuur is toeval en precies wat nodig is voor soorten om zich voort te planten, is toegevoegd als gevolg van evolutionaire druk gedurende miljoenen jaren."

Zonder centraal zenuwstelsel om beslissingen te nemen over hoe te bewegen en wanneer - wat de beweging van sperma controleert, blijft een wetenschappelijk mysterie.

"We weten dat, net als in onze armen en benen, sperma heeft kleine spieren waardoor hun staarten kunnen buigen - maar niemand weet hoe dit in de staart wordt georkestreerd, op nanometrische schaal, " zei dr. Gadêlha.

"Sperma is een archetype van zelforganisatie - beweging lijkt automatisch te gebeuren, misschien vanwege een complexe combinatie van vele mechanismen in het spel."