Татуировка Скотта Питника не совсем тонкая. Массивная черно-белая сперма изгибается и пронзает его правое предплечье, словно прячась в его кожу, прежде чем превратиться в голову размером с кулак на бицепсе. Кроме того, биолог Сиракузского университета не скрывает своего необычного боди-арта, который когда-то появился в виде заметных татуировок ученых, опубликованных в The Guardian .
Для Питника его сложные чернила отражают его глубокое увлечение «невероятно уникальной биологией» сперматозоидов. Подумайте, говорит он, что сперма - единственные клетки в теле, предназначенные для выброса в чужую среду - подвиг, который требует кардинальных физических изменений, поскольку они перемещаются из яичек в репродуктивный тракт женщины.
Связанный контент
- Самые ранние млекопитающие сохранили прохладу с опущенных яичек
- Почему ученые отправили мышиную сперму на международную космическую станцию
- Теперь вы можете измерить мужскую фертильность с помощью приложения для смартфона
- Противозачаточный гель под названием «ВМС для мужчин» делает это через испытания обезьяны
«Ни одна другая клетка не делает этого», - говорит Питник, который изучает сперму более 20 лет. «У них есть эта автономия».
В своей лаборатории Питник спроектировал головки спермы плодовой мухи, чтобы они светились призрачным красным и зеленым цветом, чтобы он мог наблюдать за их прохождением через расчлененные половые пути самок мух. Он надеется, что его работа поможет выявить, как сперма ведет себя в женских телах, область исследований, которая все еще находится в зачаточном состоянии. Подобные инновации могут однажды объяснить огромное разнообразие формы и размера спермы в животном мире. Более того, они могут в конечном итоге помочь исследователям разработать методы лечения бесплодия у людей, а также более эффективные мужские противозачаточные средства.
«Мы почти ничего не понимаем о функции спермы, о том, что делают спермы», - говорит Питник. Многие из ответов на эти неизвестные, вероятно, скрываются в другой половине загадки спермы: женские тела.
Это может разочаровать смелых биологов, которые впервые увидели сперматозоиды во всей их красе в 17 и 18 веках, используя тогдашний революционный микроскоп. Этим ранним ученым-сперматозоидам было дано задание ответить на самые основные вопросы, например: являются ли сперма живыми животными? Это паразиты? И содержит ли каждая сперма крошечного предварительно сформированного взрослого человека, свернувшегося внутри? (Мы вернемся к этому позже.)
Ранние микроскопические наблюдения Левенгука спермы кролика (рис. 1-4) и спермы собаки (рис. 5-8). (Wikimedia Commons) Человек с сомнительной честью быть первым, кто детально изучил сперму, был Антон ван Леувенхук, голландец, который разработал ранний составной микроскоп. Ван Леувенхук впервые использовал свой новый инструмент для изучения более целомудренных предметов, таких как пчелиные жала, человеческие вши и вода в озере, в середине 1670-х годов.
Коллеги убеждали его повернуть свой объектив к сперме. Но он волновался, что было бы неприлично писать о сперме и общении, и поэтому он зашел в тупик. Наконец, в 1677 году он сдался. Исследуя свой собственный эякулят, он сразу же был поражен крошечными «животными», которые он обнаружил извивающимися внутри.
Не решаясь даже поделиться своими находками с коллегами, не говоря уже о том, чтобы на руке у него была татуировка извивателя, Ван Левенхук нерешительно написал в Королевское общество Лондона о своем открытии в 1677 году. « Если ваше светлость должно учитывать, что эти наблюдения могут вызвать отвращение или шокировать ученых Я искренне прошу ваше светлость относиться к ним как к личным и публиковать или уничтожать их по своему усмотрению ».
Его светлость (он же президент Королевского общества) решил опубликовать результаты Ван Левенгука в журнале « Философские транзакции» в 1678 году, создав, таким образом, совершенно новую область биологии спермы.
Трудно переоценить, насколько загадочными были эти извивающиеся микроскопические запятые для ученых в то время. По словам Боба Монтгомери, биолога, который изучает репродукцию животных в Университете Королевы в Канаде, до открытия этих «животных животных» широко варьировались теории о том, как люди делают больше людей. Например, некоторые полагали, что пары, испускаемые мужским эякулятом, каким-то образом стимулировали женщин к рождению детей, в то время как другие полагали, что мужчины действительно рожали детей и передавали их женщинам для инкубации.
«Вы можете себе представить, насколько это сложно, когда вы не знаете, что происходит», - говорит Монтгомери. То есть: не имея возможности видеть сперму и яйцеклетки, эти ученые действительно просто вытаскивали теории из воздуха.
В 17 веке многие исследователи полагали, что в каждом сперматозоиде содержится крошечный, полностью предварительно сформированный человек, как показано на этом эскизе 1695 года Николаса Хартсокера. (Wikimedia Commons) Даже после того, как ван Леувенхук обнаружил сперму в 1677 году, прошло около 200 лет, прежде чем ученые сошлись во мнении о том, как формируются люди. На этом пути возникли две основные области мышления: с одной стороны, «преформационисты» полагали, что в каждом сперматозоиде или в каждом яйцеклетке, в зависимости от того, кого вы спросили, содержится крошечный, полностью сформированный человек. Согласно этой теории яйцеклетка или сперма просто обеспечивали место для развития.
С другой стороны, «эпигенезисты» утверждали, что как мужчины, так и женщины вносили материал для формирования нового организма, хотя они не были уверены, кто именно внес вклад. Открытия на протяжении 1700-х годов предоставили больше доказательств этому аргументу, в том числе открытие 1759 года о том, что птенцы развивают органы постепенно. (Монтгомери отмечает это в книге « Биология спермы: эволюционная перспектива», которая была отредактирована коллегами, включая Питника.)
С улучшением микроскопа исследователи середины 19-го века наблюдали эмбриональное развитие в яйцах морского ежа, которые удобно прозрачны. Эти наблюдения продолжали опровергать концепцию преформации и позволили исследователям начать спрашивать, как сперма и яйцеклетка работают вместе для создания новых организмов.
Исследования спермы также проливают свет на другие системы организма. В 1960-х годах исследователи определили белок динеин, который отвечает за движение сперматозоидов. «Оказывается, один и тот же моторный белок отвечает за все виды процессов, происходящих в клетках», - говорит Чарльз Линдеманн, почетный профессор Оклендского университета в Мичигане, изучавший подвижность сперматозоидов. Сегодня мы знаем, что динеин участвует в движении микроскопических клеточных структур, таких как реснички и жгутики, которые являются ключевыми для многих функций организма.
Тем не менее, ранний прогресс в исследованиях фертильности был медленным. Монтгомери говорит, что тогда вообще не было очень много работающих ученых, не говоря уже о сперматозоидах. По его оценкам, в то время только несколько десятков человек исследовали сперму; для сравнения, сегодня около 400 000 ученых изучают рак. «Были некоторые люди, которые делали это, но, возможно, этого недостаточно», - говорит Монтгомери.
Питник добавляет, что немногие ранние исследователи, которые изучали сперму, возможно, не в полной мере оценили роль женской репродуктивной системы в уравнении фертильности - упущение, которое могло бы объяснить, почему эта область до сих пор остается такой загадкой сегодня. «Частично это является предвзятым отношением к биологии мужчин, когда они думают, что самка не является важной частью истории, и в биологии сперматозоидов это восходит к этой идее преформации», - говорит Питник.
С технической стороны, наблюдение за движением сперматозоидов у самки очень сложное в логистическом плане. Как указывает Питник, довольно трудно получить камеру внутри женского репродуктивного тракта.
В этом гениальность его спермы плодоносящей мухи и возможность следить за ними в режиме реального времени. Видео выше показывает удаленный репродуктивный тракт самки плодовой мухи, который Питник сохранил в физиологическом растворе без изменений. Когда она была жива, эту самку спаривали с самцом с зеленой спермой, а затем через несколько дней воссоединяли с самцом с красной спермой. Только головки сперматозоидов помечены флуоресцентным белком, поэтому хвосты сперматозоидов не видны.
С помощью этой технологии Питник может понять, почему существует так много разнообразия формы и размера спермы. Например, светящаяся сперма, которую он изучает, имеет мега-длинные хвосты, достигающие 6 сантиметров в длину при разматывании - примерно длина вашего мизинца, и самая длинная из известных в мире животных. Он потратил десятилетия, пытаясь понять, почему муха развивается таким образом, и, наконец, отточил женский репродуктивный тракт как источник своего ответа.
В то время как Питник сосредотачивается на мухах, сперма также привлекла внимание современных ученых, пытающихся помочь человеческим парам, пытающимся забеременеть. Выводы Питника могут непреднамеренно помочь с этой задачей. «Во многих случаях это разница в совместимости между конкретным мужчиной и женщиной, и они не знают основной механизм», - говорит он. «Понимание взаимодействия сперматозоидов с женщиной, безусловно, может пролить свет на понимание новых объяснений бесплодия и, возможно, новых решений для него».
Фундаментальные исследования спермы также помогут ускорить прогресс в разработке мужских противозачаточных средств, говорит Даниэль Джонстон, руководитель отдела исследований контрацепции в Национальных институтах здоровья. Пока что исследователи перепробовали все, от гелей до таблеток, но эффективный и надежный контроль рождаемости у мужчин остается неясным. Джонстон говорит, что ученые все еще сталкиваются с самыми основными вопросами: что такое сперма?
Сперматозоиды невероятно различаются в животном мире. Эта сперматозоид одиночной плодовой мухи при раскрытии может достигать нескольких сантиметров в длину. (Романо Далла) «Нам нужно по-настоящему понять, из чего состоит сперма», - говорит Джонстон, который работал над описанием полного содержания белка в сперме - важный первый шаг в понимании того, как создавать эффективные контрацептивы. «Когда вы поймете это, вы можете начать понимать, что нам нужно запретить».
Недавно частная группа под названием «Инициатива по противозачаточным средствам для мужчин» организовала конкурс, который профинансирует один инновационный исследовательский проект по противозачаточным средствам. * Ганда Георг, медицинский химик из Университета Миннесоты, прошла первый этап конкурса на предмет исследования бесплодия. -ассоциированные гены у мышей, которые в конечном итоге могут быть использованы для разработки мужской противозачаточной таблетки.
Ее текущие исследования помогают определить соответствующие уровни дозировки для таких фармацевтических препаратов и оценить потенциальные побочные эффекты. В конце концов, «если человек прекращает принимать таблетки, он должен полностью вернуться в нормальное состояние», говорит Георг.
Джонстон рад возможности поддержать исследования такого типа в НИЗ, как из-за интереса к продвижению мужских контрацептивов, так и из-за фундаментальной интриги в сперме, которая не прекращалась в течение его 25-летней карьеры. «Сперма очаровательна, - говорит Джонстон. - Нет ничего похожего на них».
Питник, естественно, согласен. По его словам, застенчивость, которую такие ученые, как ван Леувенхук, демонстрировали в первые дни, ослабла в этой области. «Я не думаю, что сегодня слишком много биологов, у которых какой-либо уровень дискомфорта, говорит об этом», - говорит Питник. А для него лично? «Я люблю эту биологию», - говорит он. «Я поговорю с каждым об этом, кто готов слушать».
Примечание редактора, 7 июня 2017 года. В этом материале первоначально говорилось, что Инициатива по борьбе с мужским контрацептивом была размещена в рамках НИЗ; это личное дело.
