Tetování Scotta Pitnicka není úplně jemné. Masivní černobílé spermie se krouží a točí se na pravém předloktí, zdálo se, že se mu vrčí dovnitř a ven z kůže, než se na jeho bicepsu vynoří do hlavy v pěst. Biolog University of Syrakusy také není vyhrazen pro své neobvyklé umění těla, které se kdysi objevilo ve sestřihu významných tetování vědců publikovaných v The Guardian .
Pro Pitnicka jeho složitý inkoust odráží jeho hlubokou fascinaci „neuvěřitelně unikátní biologií spermatu“. Řekněme, že spermie jsou jediné buňky v těle, které mají být vyhnány do cizího prostředí - což vyžaduje dramatické fyzické změny jako cestují z varlat do ženského reprodukčního traktu.
Související obsah
- Nejstarší savci si udrželi chlad v sestupných varlatech
- Proč vědci odeslali sperma myši na mezinárodní kosmickou stanici
- Nyní můžete měřit mužskou plodnost pomocí aplikace pro chytré telefony
- Antikoncepční gel s názvem „IUD For Men“ je díky testům opic
"Žádné jiné buňky to nedělají, " říká Pitnick, který studuje sperma více než 20 let. "Mají tuto autonomii."
Ve své laboratoři navrhl Pitnick hlavy spermií ovocných mušek, aby zářily přízračně červenou a zelenou, aby je mohl pozorovat, jak se pohybují skrz rozmnožené ženské reprodukční úseky mušek. Doufá, že jeho práce pomůže odhalit, jak se spermie chovají v ženských tělech, což je oblast výzkumu, která je stále v relativním dětství. Tyto druhy inovací mohly jednoho dne vysvětlit velkou rozmanitost tvaru a velikosti spermií v celém království zvířat. Navíc by nakonec mohli pomoci vědcům vyvinout léčbu lidské neplodnosti a také účinnější mužskou antikoncepci.
"Nerozumíme skoro nic o funkci spermií, co spermie dělají, " říká Pitnick. Mnoho odpovědí na tyto neznámé se pravděpodobně skrývá v druhé polovině puzzle spermií: ženských těl.
To by mohlo být zklamáním odvážných biologů, kteří se poprvé v 17. a 18. století dívali na spermatické buňky v plné slávě pomocí tehdy revolučního mikroskopu. Tito časní vědci v spermatu se ocitli za úkol odpovídat na nejzákladnější otázky, například: Jsou živá zvířata spermií? Jsou to paraziti? A obsahuje každé spermie drobného předem vytvořeného dospělého člověka zvlněného uvnitř? (K tomu se dostaneme později.)
Leeuwenhoekova časná mikroskopická pozorování králičí spermie (obr. 1-4) a psí spermie (obr. 5-8). (Wikimedia Commons) Osobou s pochybnou ctí, že jako první studoval sperma podrobně, byl Anton van Leeuwenhoek, Holanďan, který vyvinul časný složený mikroskop. Van Leeuwenhoek poprvé použil svůj nový nástroj k prozkoumání více cudných předmětů, jako jsou včelí bodnutí, lidská vši a jezerní voda v polovině 70. let 20. století.
Kolegové ho vyzývali, aby otočil čočku na sperma. Obával se však, že by bylo neslušné psát o spermatu a pohlavním styku, a tak se zastavil. Nakonec se roku 1677 vzdal. Při zkoumání vlastního ejakulátu byl okamžitě zasažen malými „zvířaty“, které uvnitř našel.
Váhavě se dokonce podělil o svá zjištění s kolegy - natož aby si na jeho paži vytetoval wrigglera - van Leeuwenhoek váhavě psal Královské společnosti v Londýně o svém objevu v roce 1677. „ Pokud by vaše lordstvo mělo zvážit, že tato pozorování mohou znechucovat nebo skandalizovat učené "Upřímně prosím, vaše lordství, aby je považovalo za soukromé a aby je publikovalo nebo zničilo, jak bude vaše lordství považovat za vhodné ."
Jeho lordství (aka prezident Královské společnosti) se rozhodlo zveřejnit nálezy van Leeuwenhoeka v časopise Philosophical Transactions v roce 1678, čímž započalo zcela nové pole biologie spermií.
Je těžké přehánět, jak záhadné by se tyto stříkající mikroskopické čárky objevily vědcům v té době. Před objevením těchto „animalcules“ se teorie o tom, jak lidé přivedli více lidí, pohybovaly v širokém rozmezí, říká Bob Montgomerie, biolog, který studuje reprodukci zvířat na Queen's University v Kanadě. Například, někteří věřili, že pára vyzařovaná samcem ejakuluje nějak stimulovala ženy, aby dělaly děti, zatímco jiní věřili, že muži skutečně dělali děti a přenesli je do žen pro inkubaci.
"Dokážete si představit, jak je to těžké, když nemáte ponětí, co se děje, " říká Montgomerie. To znamená: aniž by byli schopni vidět sperma a vejce, tito vědci opravdu jen vytáhli teorie z tenkého vzduchu.
V 17. století mnoho vědců věřilo, že každá spermie obsahovala v sobě nepatrného, zcela preformovaného člověka, jak ilustruje tato skica z roku 1695 Nicolaas Hartsoeker. (Wikimedia Commons) I poté, co van Leeuwenhoek objevil sperma v roce 1677, uplynulo zhruba 200 let, než se vědci shodli na tom, jak se lidé formují. Cestou se vynořily dvě hlavní myšlenkové oblasti: Na jedné straně „preformacionisté“ věřili, že každá spermatozoa - nebo každé vajíčko, podle toho, koho jste se zeptali - obsahovalo nepatrného, zcela předem vytvořeného člověka. Podle této teorie vajíčko - nebo spermie - jednoduše poskytlo místo pro vývoj.
Na druhé straně „epigenesisté“ tvrdili, že muži i ženy přispěli materiálem k vytvoření nového organismu, ačkoli si nebyli jisti, kdo přesně přispěl co. Objevy v 1700s nabídly více důkazů pro tento argument, včetně 1759 objevu, že kuřata se vyvíjí orgány postupně. (Montgomerie to poznamenává v knize Sperm Biology: Evolutionary Perspective, kterou editovali kolegové včetně Pitnicka.)
Se zlepšením mikroskopu pozorovali vědci v polovině 19. století embryonální vývoj vajíček mořského ježka, která jsou obvykle transparentní. Tato pozorování nadále vyvracela koncept preformace a umožnila vědcům začít se ptát, jak sperma a vejce spolupracují při vytváření nových organismů.
Výzkum spermatu také vrhl světlo na jiné systémy těla. V 60. letech vědci identifikovali protein dynein, který je zodpovědný za pohyb spermií. "Ukazuje se, že stejný motorový protein je zodpovědný za všechny druhy procesů, které probíhají v buňkách, " říká Charles Lindemann, emeritní profesor na Oakland University v Michiganu, který studoval pohyblivost spermií. Dnes víme, že dynein se podílí na pohybu mikroskopických buněčných struktur, jako jsou řasinky a bičíky, které jsou klíčem k mnoha tělesným funkcím.
Počáteční pokrok ve výzkumu plodnosti se však stále vzlétl. Tehdy prostě nebylo příliš mnoho pracujících vědců, natož vědců spermií, říká Montgomerie. Odhaduje, že v tu dobu zkoumalo spermie jen několik desítek lidí; ve srovnání, dnes zhruba 400 000 vědců studuje rakovinu. "Někteří lidé to dělali, ale možná ne dost, " říká Montgomerie.
Pitnick dodává, že několik raných výzkumných pracovníků, kteří studovali sperma, nemusí plně ocenit roli ženského reprodukčního systému v rovnici plodnosti - dohled, který by mohl vysvětlit, proč je tato oblast dodnes tak záhadou. "Součástí toho je biologická zaujatost muže, když si myslíme, že žena není důležitou součástí příběhu, a to se v biologii spermií vrátí zpět k celé této myšlence preformace, " říká Pitnick.
Z technického hlediska je pozorování pohybu spermií uvnitř ženy logisticky velmi náročné. Jak Pitnick zdůrazňuje, je docela těžké dostat kameru dovnitř ženského reprodukčního traktu.
To je génius za jeho zářícím spermatem s ovocnými muškami a schopnost sledovat je v reálném čase. Video nahoře ukazuje odstraněný reprodukční trakt ženské ovocné mušky, kterou Pitnick udržoval neporušený v solném roztoku. Když to bylo živé, ta žena byla spářena se samcem zelených spermií a poté byla o několik dní později spárována s červeným spermií. Fluorescenčním proteinem jsou označeny pouze hlavy spermií, takže ocasy spermie nelze vidět.
S touto technologií může Pitnick získat představu o tom, proč existuje tolik rozmanitosti ve tvaru a velikosti spermií. Například, zářící spermie, které studuje, mají megafonické ocasy dosahující až 6 centimetrů na délku, když se odvíjí - zhruba délka vašeho malíčku a nejdelší známá v říši zvířat. Strávil desetiletí snahou pochopit, proč se moucha bude vyvíjet tímto způsobem, a konečně honil na ženském reprodukčním traktu jako zdroj jeho odpovědi.
Zatímco Pitnick se zaměřuje na mouchy, spermie také upoutaly pozornost moderních vědců, kteří se snaží pomáhat lidským párům při pokusu o otěhotnění. Pitnickova zjištění mohla s tímto úkolem neúmyslně pomoci. "V mnoha případech je to rozdíl kompatibility mezi konkrétním mužem a ženou a neznají základní mechanismus, " říká. "Porozumění interakcím spermie a samice může určitě vrhnout světlo na pochopení nových vysvětlení neplodnosti a možná nová řešení."
Základní výzkum spermatu také pomůže urychlit pokrok ve vývoji mužských antikoncepčních prostředků, říká Daniel Johnston, vedoucí oddělení výzkumu antikoncepce na National Institutes of Health. Dosud vědci vyzkoušeli vše od gelů po pilulky, ale účinná, spolehlivá antikoncepce u mužů zůstává nepolapitelná. Johnston říká, že vědci stále čelí nejzákladnějším otázkám: co je vlastně spermie?
Spermie se v království zvířat neuvěřitelně liší. Tato jediná buňka spermatu s ovocnými muškami může při rozvinutí dosáhnout až několik centimetrů. (Romano Dalla) "Musíme opravdu porozumět tomu, co tvoří spermie, " říká Johnston, který pracoval na popisu úplného obsahu bílkovin v spermatu - což je důležitý první krok v pochopení toho, jak navrhnout efektivní antikoncepci. "Když tomu rozumíte, můžete potenciálně začít chápat, co musíme potlačit."
Nedávno zahájila soukromá skupina s názvem Iniciativa pro muže antikoncepci soutěž, která bude financovat jeden inovativní antikoncepční výzkumný projekt. * Gunda Georg, léčivá lékárna na University of Minnesota, prošla prvním soutěžním rokem za svůj výzkum neplodnosti. -sociované geny u myší, které by mohly být nakonec použity k vývoji samčí antikoncepční pilulky.
Její současný výzkum pomáhá určit vhodné úrovně dávkování takových léčiv a posoudit potenciální vedlejší účinky. Koneckonců, „pokud člověk přestane užívat pilulku, musí se úplně vrátit do normálu, “ říká Georg.
Johnston je potěšen, že má příležitost podpořit tento typ výzkumu na NIH, a to jak ze zájmu pohybujících se mužských antikoncepčních prostředků vpřed, tak i ze základní intriky spermatu, které se během své 25leté kariéry nevymanilo. "Spermie jsou fascinující, " říká Johnston. "Nic jako oni."
Pitnick samozřejmě souhlasí. Tvrdost, kterou vědci jako van Leeuwenhoek prokázali v prvních dnech, říká, že v terénu ustoupila. "Nemyslím si, že dnes je příliš mnoho biologů, kteří mají o těchto věcech nějaký druh nepohodlí, " říká Pitnick. A pro něj osobně? "Miluji tuto biologii, " říká. "Promluvím si o tom s kýmkoli, kdo je ochoten naslouchat."
Poznámka editora, 7. června 2017: Tento kus původně uváděl, že iniciativa Male Contraceptive Initiative byla umístěna pod NIH; je to soukromé úsilí.
