Un estudio halla que los espermatozoides humanos nadan más como nutrias que anguilas

| |

Durante más de 300 años, la mayoría de los científicos han asumido que los espermatozoides “nadan” a través de los fluidos moviendo sus colas hacia adelante y hacia atrás como anguilas para impulsarse hacia adelante. Pero según un nuevo artículo en Science Advances, esto es en realidad una ilusión óptica, el resultado de ver a las criaturas desde arriba con microscopios 2D. Nuevas observaciones con microscopía 3D han revelado que los espermatozoides humanos en realidad ruedan mientras nadan, como las nutrias, esencialmente sacando corcho hacia adelante.

“Con más de la mitad de la infertilidad causada por factores masculinos, comprender la cola del esperma humano es fundamental para desarrollar herramientas de diagnóstico futuras para identificar espermatozoides no saludables”, dijo el coautor Hermes Gadelha de la Universidad de Bristol.

El honor de observar directamente el primer esperma recae en Antonie van Leeuwenhoek, un draper holandés del siglo XVII con un interés secundario en la ciencia, específicamente, la construcción de microscopios y la creación de métodos de fabricación innovadores para hacer mejores lentes para dichos microscopios. Solo unos pocos de sus microscopios han sobrevivido, pero son capaces de ampliar objetos pequeños hasta 275 veces, y los historiadores creen que algunos de sus instrumentos podrían haber alcanzado aumentos de hasta 500 veces.

Van Leeuwenhoek estudió muchas sustancias bajo sus microscopios, incluidos fluidos como agua de lago, sangre, leche, saliva y lágrimas, por ejemplo, así como la placa raspada de sus propios dientes. Se sorprendió al descubrir pequeñas criaturas vivientes bajo sus microscopios, a los que denominó “animalcules”. No es de extrañar que sea ampliamente considerado como el padre de la microbiología.

Era solo cuestión de tiempo antes de que van Leeuwenhoek volviera su atención a estudiar muestras de semen, aunque inicialmente se mostró reacio a hacerlo, por temor a que fuera indecoroso. Pero en 1677, cedió. Usando una muestra de su esperma (después de las relaciones sexuales con su esposa, quien debe haber sido una mujer sufrida), encontró la muestra repleta de animales. Describió las pequeñas criaturas en una carta a la Royal Society: cabezas romas, colas largas, propulsándose, escribió, azotando sus colas “con un movimiento de serpiente, como una anguila nadando en el agua”. Luego observó espermatozoides en muestras de semen recolectadas de otros animales, como conejos y perros.

Pero la observación seminal (ejem) de van Leeuwenhoek resulta ser solo un truco óptico. Gadelha y sus colegas grabaron esperma nadando libremente con una cámara de alta velocidad, capturando más de 55,000 cuadros por segundo. Combinaron esto con una platina microscópica que se movía hacia arriba y hacia abajo, lo que resultó en una reconstrucción en 3D del movimiento de la cola del esperma. Observaron que la cola del esperma solo se retuerce en un lado, lo que típicamente haría que el esperma nadara en círculos. Por lo tanto, los espermatozoides se han adaptado para corregir este golpe unilateral: sacacorchos mientras nadan.

“Nuestro descubrimiento muestra que los espermatozoides han desarrollado una técnica de natación para compensar su irregularidad y al hacerlo han resuelto ingeniosamente un rompecabezas matemático a escala microscópica: creando simetría a partir de la asimetría”, dijo Gadelha. “Sin embargo, el giro de los espermatozoides en forma de nutria es complejo: la cabeza de los espermatozoides gira al mismo tiempo que la cola de los espermatozoides gira alrededor de la dirección de natación. Esto se conoce en la física como precesión, al igual que cuando las órbitas de la Tierra y Marte preceso alrededor del sol “.

Esto tiene sentido, dado lo que sabemos sobre la dinámica de fluidos involucrada con el movimiento de microorganismos. Dichas criaturas viven en entornos con bajos números de Reynold, un número que predice cómo se comportará un fluido en función de las variables viscosidad, longitud y velocidad. Nombrado en honor al físico del siglo XIX Osborne Reynolds, el concepto es especialmente útil para predecir cuándo un fluido pasará a un flujo turbulento. Hace muchos años, el escritor de física Aatish Bhatia escribió una de las mejores explicaciones populares hasta la fecha de cómo funciona este material de movimiento en fluido. (Vale la pena leerlo en su totalidad). En términos prácticos, significa que las fuerzas de inercia (p. Ej., Empujar contra el agua para impulsarse hacia adelante mientras se nada) son en gran medida irrelevantes a números muy bajos de Reynolds, donde dominan las fuerzas viscosas.

En 1977, el físico Edward Purcell hizo algunos cálculos que mostraban cómo los animales de diferentes tamaños nadarían con diferentes números de Reynolds. El número sería muy alto para una ballena, por ejemplo, que puede atravesar una buena distancia con una sola aleta de su cola. Sin embargo, de acuerdo con los cálculos de Purcell, las bacterias nadan a números bajos de Reynolds, por lo que apenas pueden atravesar cualquier distancia si las empujas para ponerlas en movimiento. Es similar a un humano tratando de nadar en melaza y moviendo sus brazos a velocidades lentas a la par con el movimiento de las manecillas de un reloj. Por lo tanto, las anguilas y los espermatozoides (o bacterias) adoptarían estrategias de natación muy diferentes por necesidad porque están tratando con diferentes números de Reynolds.

Simetría y asimetría

Una de esas estrategias podría ser romper la simetría del trazo para crear más resistencia en el trazo de potencia que en el trazo de recuperación. Una criatura podría hacer esto cambiando la forma de la “paleta”, por ejemplo, los cilios que usan las células para impulsarse hacia adelante. Las bacterias y los espermatozoides, en contraste, tienen colas helicoidales que pueden usar como hélices en forma de sacacorchos. Este último estudio arroja una luz intrigante sobre precisamente cómo funciona esto para el esperma humano. (Por supuesto, como señaló Bhatia, “No esperes ver nadadores humanos haciendo ‘el sacacorchos’ en el corto plazo. Esta estrategia funciona solo con un número bajo de Reynolds, donde el agua” se siente “tan gruesa como el corcho, por lo que puedes empujar contra con eficacia “)

Las clínicas de fertilidad de hoy en día aún confían en las vistas 2D al examinar el movimiento de los espermatozoides, por lo que este nuevo trabajo proporciona una mejor comprensión de cómo se mueve la cola del esperma, lo que a su vez podría conducir a mejores herramientas de diagnóstico. “Este descubrimiento revolucionará nuestra comprensión de la motilidad de los espermatozoides y su impacto en la fertilización natural”, dijo el coautor Alberto Darszon, de la Universidad Nacional Autónoma de México, quien fue pionero en la técnica de microscopía 3D con su colega y coautor Gabriel Corkidi. “Se sabe muy poco sobre el intrincado entorno dentro del tracto reproductivo femenino y cómo la natación de los espermatozoides afecta la fertilización. Estas nuevas herramientas nos abren los ojos a las increíbles capacidades que tienen los espermatozoides”.

DOI: Science Advances, 2020. 10.1126 / sciadv.aba5168 (Acerca de los DOI).

“Cada esperma es sagrado” de Monty Python El significado de la vida.

Imagen de listado de Polymaths-Lab.com

Previous

Gogo despide al 14 por ciento de sus trabajadores mientras continúan las luchas de la industria aérea

Black Is King: la nueva película de Beyonce es el arte negro supremo

Next

Leave a Comment

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.