Как плавают сперматозоиды

При движении сперматозоиды не только виляют хвостом, но вращают головкой, как бы ввинчиваясь вперёд.

В 1677 Антони ван Левенгук, выдающийся естествоиспытатель, конструктор микроскопов и отец микробиологии, увидел в один из своих микроскопов двигающиеся сперматозоиды – их хвост-жгутик вилял из стороны в сторону, толкая сперматозоид вперёд. С тех самых пор движение мужских половых клеток так и описывали – что их хвост служит то ли веслом, то ли пропеллером.

Но теперь, видимо, во все учебники придётся внести некоторые коррективы, потому что весло сперматозоидов оказалось, если можно так сказать, односторонним. Исследователи из Бристольского университета и Национального автономного университета Мексики посмотрели на двигающиеся человеческие сперматозоиды с помощью особой микроскопической техники, которая позволяла наблюдать клетки в объёме, то есть в трёх измерениях сразу; эту технику дополняла скоростная видеокамера с 55 тыс. кадров в секунду. И оказалось, что жгутик сперматозоидов машет только в одну сторону.

С таким несимметричным движением сперматозоиды должны были бы плавать по кругу. Чтобы плыть именно вперёд, клетка одновременно с движением жгутика двигает головкой – оба движения управляются разными клеточными механизмами. Двигая головкой, сперматозоид заставляет жгутик двигаться в разных плоскостях – он по-прежнему виляет только в одну сторону, но плоскость, в которой он виляет, постоянно вращается.

Для такого движения есть термин «прецессия», который чаще можно встретить в описания движения небесных тел – когда тело обращается вокруг свое оси, но и ось вращения меняет направление. Прецессию можно наблюдать у волчка, когда он замедляется и начинает раскачиваться. Но волчок стоит на месте, а сперматозоид двигается вперёд – он не столько плывёт, сколько ввинчивается в жидкость. При этом, если смотреть на движущийся сперматозоид в 2D, то будет казаться, что он просто бьёт жгутиком из стороны в сторону – то, что видел Левенгук и многие поколения исследователей после него.

При оплодотворении сперматозоидам приходится двигаться не сквозь чистую воду, а сквозь довольно вязкую среду женских половых путей, которые выстланы ресничными клетками, гонящими эту вязкую жидкость навстречу сперматозоидам. Просверливая вязкую среду, сперматозоиды должны двигаться более эффективно, чем если бы они просто плыли, болтая жгутиком из стороны в сторону.

Известно, что шансы на оплодотворение во многом зависят от того, в каком состоянии находятся мужские половые клетки, и по словам авторов работы, более половины всех случаев бесплодия – это бесплодие мужское. До сих пор мало кто обращал внимания на то, как движется головка у сперматозоидов. Но раз теперь стало известно, насколько важны её движения для того, чтобы сперматозоид достиг цели, то, не исключено, что в ближайшем будущем многие случаи мужского бесплодия станут менее загадочными, а значит, с ними можно будет справиться.

Результаты исследований опубликованы в Science Advances.