Sogar Sperma muss zusammenhalten.
Bullenspermien schwimmen effektiver, wenn sie sich in Clustern befinden, wie eine neue Studie zeigt, die möglicherweise einen Einblick in die Fruchtbarkeit beim Menschen bietet. In simulierten Fortpflanzungstrakten von Tieren wie Rindern und Menschen erhöht das Verhalten die Wahrscheinlichkeit, dass Gruppen von kooperativen Rinderspermien mäandrierende Einzelgänger überholen, wenn sie um die Befruchtung einer weiblichen Eizelle rennen, berichten der Physiker Chih-kuan Tung und Kollegen am 22. September Grenzen in der Zell- und Entwicklungsbiologie.
Die Vorteile des Clustering liegen nicht in der absoluten Geschwindigkeit. „Sie sind nicht schneller“, sagt Tung von der North Carolina Agricultural and Technical State University in Greensboro. „In Bezug auf die Geschwindigkeit sind sie vergleichbar oder langsamer“ als allein reisende Spermien. Wie das Spermaäquivalent von Schildkrötenherden, die gegen einzelne Hasen um die Wette laufen, sind die Gewinner nicht unbedingt die Schnellsten, sondern diejenigen, die am Ziel bleiben können.
Von sich aus neigen Spermien dazu, gekrümmten Bahnen zu folgen – was ein Problem darstellt, da die kürzeste Entfernung zwischen zwei Punkten eine gerade Linie ist. Aber wenn sich Spermien in Gruppen von zwei oder mehr sammeln, schwimmen sie auf geraderen Wegen. Es ist ein Verhalten, das einige der gleichen Forscher in einer früheren Studie festgestellt haben, in der sie das Schwimmen von Spermien in stationären Flüssigkeiten verfolgten (SN: 17.03.16). Obwohl dies den Spermienclustern einen Vorteil verschaffen könnte, würde es nur helfen, wenn sie zufällig in die richtige Richtung gehen. Andere Vorteile der Spermien-Clusterbildung waren nicht klar, bis die Forscher einen experimentellen Aufbau entwickelten, der fließende Flüssigkeiten in ihre Experimente einführte.
Bei Lebewesen wie Menschen und Rindern gelangen Spermien zur Eizelle, indem sie gegen einen Schleimstrom schwimmen, der durch den Gebärmutterhals und von der Gebärmutter wegströmt. Es ist schwierig zu untersuchen, welche Vorteile das Clustern bringen könnte, wenn man in Lebewesen stromaufwärts schwimmt. Also schufen Tung und Kollegen in ihrem Labor ein Analogon: einen flachen, schmalen, 4 Zentimeter langen Kanal, der mit einer dicken Flüssigkeit gefüllt ist, die natürlichen Schleim nachahmt und mit Geschwindigkeiten fließt, die die Forscher kontrollieren konnten.
Ob allein oder in Gruppen, Spermien neigen von Natur aus dazu, stromaufwärts zu schwimmen. Spermiencluster im Experiment leisteten jedoch bessere Arbeit, wenn sie stromaufwärts in den Schleimfluss strömten, während einzelne Spermien eher in andere Richtungen abwanderten. Trotz der schnelleren Reise einiger einzelner Spermien behinderte eine schlechtere Fähigkeit, stromaufwärts zu zeigen, den Fortschritt von Spermien-Einzelgängern im Vergleich zu langsameren Clustern.
Cluster blieben auch angesichts des schnell fließenden Schleims bestehen. Als die Forscher den Fluss in ihrem Apparat aufdrehten, wurden viele einzelne Spermien weggespült. Es war viel unwahrscheinlicher, dass Spermacluster stromabwärts geschwemmt wurden.
Während es sich bei den Spermien in der Studie um Rinder handelte, sollten die Vorteile des Clusterings auch für menschliche Spermien gelten, sagt Tung. Spermien beider Arten haben ähnliche Abmessungen. Die Schwimmer konkurrieren normalerweise um die Befruchtung einer einzelnen Eizelle. Und im Gegensatz zu Schweinen oder anderen Tieren, bei denen der Samen direkt in der Gebärmutter abgelagert wird, beginnen sowohl menschliche als auch Rinderspermien in der Vagina und wandern durch den Gebärmutterhals, um in die Gebärmutter zu gelangen.
Die Untersuchung von Spermien in Flüssigkeiten, die dem fließenden Schleim im Fortpflanzungstrakt sehr ähnlich sind, könnte Probleme aufdecken, die bei herkömmlichen Beobachtungen von Spermien, die in stationären Flüssigkeiten schwimmen, nicht auftauchen, sagt Tung. „Eine Hoffnung ist, dass diese Art von Wissen uns helfen kann, bessere Diagnosen zu stellen“, um Hinweise zum Verständnis der Unfruchtbarkeit beim Menschen zu geben (SN: 31.03.03).
Das Aussetzen von Spermien unter realistischen Bedingungen im Labor könnte bald praktische Hilfe für Menschen bieten, die Probleme mit der Empfängnis haben, sagt der Fruchtbarkeitsforscher Christopher Barratt von der University of Dundee in Schottland, der nicht an der Studie beteiligt war (SN: 6/9/21).
„Wie eine Samenzelle auf ihre Umgebung reagiert und wie dies ihr Verhalten verändern kann, ist ein sehr wichtiges Thema“, sagt Barratt. „Diese Art von Technologie könnte verwendet oder angepasst werden, um Spermien von besserer Qualität auszuwählen“, für Menschen, die Fruchtbarkeitsunterstützung benötigen. “Das wäre eine sehr große Sache.”