Tatuaż Scotta Pitnicka nie jest subtelny. Masywna czarno-biała sperma skręca się i iglicy na prawym przedramieniu, jakby zakopuje się w skórze, po czym wyrasta na biceps wielkości głowy pięści. Biolog z Uniwersytetu w Syracuse nie jest też powściągliwy wobec swojej niezwykłej sztuki ciała, która kiedyś pojawiła się w serii znanych tatuaży naukowych opublikowanych w The Guardian .
Dla Pitnicka jego zawiły atrament odzwierciedla jego głęboką fascynację „niewiarygodnie wyjątkową biologią plemników”. Zastanów się, mówi, że plemniki są jedynymi komórkami w ciele przeznaczonymi do przeniesienia do obcego środowiska - wyczyn, który wymaga dramatycznych zmian fizycznych, ponieważ wędrują z jąder do układu rozrodczego kobiety.
powiązana zawartość
- Najwcześniejsze ssaki zachowywały spokój dzięki zstępującym jądrom
- Dlaczego naukowcy wysłali nasienie myszy na Międzynarodową Stację Kosmiczną
- Teraz możesz mierzyć płodność mężczyzn za pomocą aplikacji na smartfona
- Żel antykoncepcyjny zwany „wkładką wewnątrzmaciczną” sprawia, że przechodzi próby małp
„Żadne inne komórki tego nie robią”, mówi Pitnick, który bada nasienie od ponad 20 lat. „Mają tę autonomię”.
W swoim laboratorium Pitnick konstruuje głowy nasienia muszek owocowych, aby świeciły upiornie czerwonymi i zielonymi, aby mógł je obserwować, jak poruszają się po rozciętych żeńskich drogach rozrodczych much. Ma nadzieję, że jego praca pomoże odkryć, w jaki sposób plemniki zachowują się w kobiecych ciałach, a obszar badań wciąż jest w powijakach. Tego rodzaju innowacje mogą pewnego dnia wyjaśnić wielką różnorodność kształtu i wielkości plemników w całym królestwie zwierząt. Ponadto mogą ostatecznie pomóc naukowcom w opracowaniu leczenia niepłodności u ludzi, a także skuteczniejszych męskich środków antykoncepcyjnych.
„Nie rozumiemy prawie nic na temat funkcji plemników, co robią plemniki”, mówi Pitnick. Wiele odpowiedzi na te niewiadome prawdopodobnie ukrywa się w drugiej połowie układanki plemników: kobiecych ciałach.
Może to być rozczarowaniem odważnych biologów, którzy po raz pierwszy spojrzeli na komórki plemników w pełnej okazałości w XVII i XVIII wieku, używając rewolucyjnego wówczas mikroskopu. Ci wcześni naukowcy zajmujący się nasieniem mieli za zadanie odpowiedzieć na najbardziej podstawowe pytania, na przykład: Czy żywe zwierzęta plemników? Czy to pasożyty? I, czy każda sperma zawiera małego, wstępnie uformowanego dorosłego człowieka zwiniętego w kłębek? (Przejdziemy do tego później.)
Wczesne mikroskopijne obserwacje Leeuwenhoek nasienia królika (ryc. 1-4) i nasienia psa (ryc. 5-8). (Wikimedia Commons) Osobą z wątpliwym zaszczytem, że jako pierwszy szczegółowo zbadał nasienie, był Anton van Leeuwenhoek, Holender, który opracował wczesny mikroskop złożony. Van Leeuwenhoek po raz pierwszy użył swojego nowego narzędzia do zbadania większej liczby czystych tematów, takich jak żądło pszczół, ludzkie wszy i wody jeziora w połowie lat 70. XVI wieku.
Koledzy namawiali go, by obrócił soczewkę w nasienie. Martwił się jednak, że nieprzyzwoite byłoby pisanie o nasieniu i stosunku, więc utknął w martwym punkcie. W końcu w 1677 r. Poddał się. Badając własny wytrysk, od razu uderzyły go maleńkie „zwierzątka”, w których się wił.
Wahając się, by nawet podzielić się swoimi odkryciami z kolegami - nie mówiąc już o wytatuowaniu na ramieniu wiggera - van Leeuwenhoek z wahaniem napisał do Royal Society of London o swoim odkryciu w 1677 roku. , Szczerze błagam waszą Wysokość, aby uznała je za prywatne i opublikowała lub zniszczyła według własnego uznania . ”
Jego Lordship (znany również jako prezes Royal Society) zdecydował się opublikować odkrycia van Leeuwenhoka w czasopiśmie Philosophical Transactions w 1678 roku - w ten sposób zapoczątkowując zupełnie nowe pole biologii plemników.
Trudno przecenić, jak tajemnicze byłyby wówczas te wiewiórcze, mikroskopijne przecinki dla naukowców. Przed odkryciem tych „zwierzątkulesów” teorie o tym, jak ludzie uczyniły więcej ludzi, były bardzo zróżnicowane, mówi Bob Montgomerie, biolog, który bada reprodukcję zwierząt na Queen's University w Kanadzie. Na przykład niektórzy wierzyli, że para emitowana przez wytrysk męski w jakiś sposób stymulowała kobiety do rodzenia dzieci, podczas gdy inni wierzyli, że mężczyźni faktycznie rodzili dzieci i przenosili je do samic do inkubacji.
„Możesz sobie wyobrazić, jak trudno jest, gdy nie masz pojęcia, co się dzieje” - mówi Montgomerie. To znaczy: nie widząc plemników i jaj, naukowcy naprawdę wyciągali teorie z powietrza.
W XVII wieku wielu badaczy uważało, że każde plemniki zawierają w sobie małego, całkowicie uformowanego człowieka, co ilustruje szkic z 1695 r. Autorstwa Nicolaasa Hartsoekera. (Wikimedia Commons) Nawet po tym, jak van Leeuwenhoek odkrył plemniki w 1677 roku, minęło około 200 lat, zanim naukowcy zgodzili się, jak powstają ludzie. Po drodze pojawiły się dwa główne pola myśli: z jednej strony „preformacjoniści” wierzyli, że każde plemniki - lub każde jajo, zależnie od tego, o kogo zapytałeś - zawierało małego, całkowicie uformowanego człowieka. Zgodnie z tą teorią jajo - lub nasienie - po prostu zapewniało miejsce do rozwoju.
Z drugiej strony, „epigeneziści” argumentowali, że zarówno mężczyźni, jak i kobiety przyczyniły się do powstania nowego organizmu, chociaż nie byli pewni, kto dokładnie przyczynił się do tego. Odkrycia w XVII wieku dostarczyły więcej dowodów na ten argument, w tym odkrycie w 1759 r., Że pisklęta rozwijają narządy stopniowo. (Montgomerie zauważa to w książce Sperm Biology: An Evolutionary Perspective, którą zredagowali koledzy, w tym Pitnick.)
Dzięki ulepszeniom mikroskopu badacze z połowy XIX wieku zaobserwowali rozwój zarodkowy w jajach jeżowca, które są dogodnie przezroczyste. Obserwacje te w dalszym ciągu obalały koncepcję preformacji i pozwoliły badaczom zacząć pytać, w jaki sposób plemniki i komórki jajowe współpracują ze sobą, tworząc nowe organizmy.
Badania nasienia rzuciły również światło na inne układy ciała. W latach 60. naukowcy zidentyfikowali białkową dyneinę, która jest odpowiedzialna za ruch plemników. „Okazuje się, że to samo białko motoryczne jest odpowiedzialne za wszelkiego rodzaju procesy zachodzące w komórkach”, mówi Charles Lindemann, emerytowany profesor z Oakland University w Michigan, który badał ruchliwość plemników. Dziś wiemy, że dyneina bierze udział w ruchu mikroskopijnych struktur komórkowych, takich jak rzęski i wici, które są kluczem do wielu funkcji organizmu.
Mimo to wczesne postępy w badaniach nad płodnością były powolne. Montgomerie twierdzi, że po prostu wtedy nie było zbyt wielu pracujących naukowców, nie mówiąc już o naukowcach zajmujących się nasieniem. Szacuje, że w tym czasie było tylko kilkadziesiąt osób badających plemniki; dla porównania około 400 000 naukowców obecnie bada raka. „Niektórzy to robią, ale może nie wystarczają”, mówi Montgomerie.
Pitnick dodaje, że niewielu wczesnych badaczy, którzy badali plemniki, mogło nie w pełni docenić rolę żeńskiego układu rozrodczego w równaniu płodności - niedopatrzenie, które może wyjaśnić, dlaczego ten obszar jest nadal tak tajemnicą. „Częścią tego jest męski błąd w biologii, który uważa, że kobieta nie jest ważną częścią tej historii, a to sięga wstecz w biologii plemników do całej idei preformacji”, mówi Pitnick.
Z bardziej technicznego punktu widzenia obserwowanie ruchu plemników u samicy jest logistycznie bardzo trudne. Jak wskazuje Pitnick, dość trudno jest umieścić kamerę w żeńskich drogach rozrodczych.
Taki jest genialność kryjącego się za nasieniem muszki owocowej i zdolność do monitorowania ich w czasie rzeczywistym. Powyższe wideo pokazuje usunięty układ rozrodczy samicy muszki owocowej, którą Pitnick zachował nienaruszony w roztworze soli fizjologicznej. Kiedy żyła, ta samica została pokryta samcem z zieloną spermą, a następnie kilka dni później z samcem z czerwoną spermą. Tylko głowy plemników są oznaczone białkiem fluorescencyjnym, więc nie można zobaczyć ogonów plemników.
Dzięki tej technologii Pitnick może uzyskać wgląd w to, dlaczego tak różnorodność istnieje w kształcie i wielkości nasienia. Na przykład świecące plemniki, które bada, mają po rozwinięciu mega-długie ogony sięgające nawet 6 centymetrów - mniej więcej długość palca różowego i najdłuższy znany w królestwie zwierząt. Spędził dekady, próbując zrozumieć, dlaczego mucha ewoluuje w ten sposób, i wreszcie dopracował kobiecy układ rozrodczy jako źródło swojej odpowiedzi.
Podczas gdy Pitnick skupia się na muchach, nasienie zwróciło również uwagę współczesnych naukowców próbujących pomóc parom ludzkim próbującym zajść w ciążę. Ustalenia Pitnicka mogą nieumyślnie pomóc w tym zadaniu. „W wielu przypadkach jest to różnica w zgodności między konkretnym mężczyzną i kobietą, a oni nie znają mechanizmu leżącego u podstaw”, mówi. „Zrozumienie interakcji plemnik-kobieta z pewnością może rzucić światło na zrozumienie nowych wyjaśnień niepłodności i być może nowych rozwiązań”.
Podstawowe badania nasienia pomogą także przyspieszyć postępy w opracowywaniu męskich środków antykoncepcyjnych, mówi Daniel Johnston, szef działu badań antykoncepcji w National Institutes of Health. Do tej pory naukowcy próbowali wszystkiego, od żeli po pigułki, ale skuteczna, niezawodna kontrola urodzeń mężczyzn pozostaje nieuchwytna. Johnston twierdzi, że naukowcy wciąż mają do czynienia z najbardziej podstawowymi pytaniami: w każdym razie czym jest sperma?
Komórki plemników różnią się niezwykle w całym królestwie zwierząt. Ta pojedyncza komórka nasienna muszki owocowej może osiągać kilka centymetrów długości po rozwinięciu. (Romano Dalla) „Musimy naprawdę zrozumieć, co stanowi nasienie”, mówi Johnston, który pracował nad opisaniem pełnej zawartości białka w nasieniu - ważny pierwszy krok w zrozumieniu, jak zaprojektować skuteczne środki antykoncepcyjne. „Kiedy to zrozumiesz, możesz potencjalnie zacząć rozumieć, co musimy powstrzymać”.
Niedawno prywatna grupa o nazwie Male Contraceptive Initiative ogłosiła konkurs, który sfinansuje jeden innowacyjny projekt badawczy w zakresie antykoncepcji. * Gunda Georg, chemik medyczny z University of Minnesota, przeszła przez pierwszą rundę konkursu na badania nad niepłodnością związane geny u myszy, które można ostatecznie wykorzystać do opracowania męskiej pigułki antykoncepcyjnej.
Jej obecne badania pomagają określić odpowiednie poziomy dawek dla takich farmaceutyków i ocenić potencjalne skutki uboczne. W końcu „jeśli mężczyzna przestanie brać pigułki, musi całkowicie wrócić do normy”, mówi Georg.
Johnston z przyjemnością ma okazję wesprzeć tego rodzaju badania w NIH, zarówno z powodu zainteresowania postępowymi męskimi środkami antykoncepcyjnymi, ale także z powodu fundamentalnej intrygi nasienia, która nie zakończyła jego 25-letniej kariery. „Plemniki są fascynujące”, mówi Johnston. „Nie ma nic takiego jak oni”.
Pitnick oczywiście się zgadza. Jak mówi, nieśmiałość wykazana przez naukowców takich jak van Leeuwenhoek we wczesnych dniach, spadła w terenie. „Nie sądzę, aby dzisiaj było zbyt wielu biologów, którzy odczuwają dyskomfort z jakimś poziomem dyskomfortu”, mówi Pitnick. A dla niego osobiście? „Uwielbiam tę biologię” - mówi. „Porozmawiam z każdym, kto chce słuchać”.
Nota redaktora, 7 czerwca 2017 r .: W artykule tym pierwotnie stwierdzono, że Inicjatywa antykoncepcyjna dla mężczyzn mieściła się w NIH; jest to przedsięwzięcie prywatne.
