Scott Pitnicks tatovering er ikke nøjagtigt subtil. Den massive sort-hvide sædvending drejer og spirer op på højre underarm og ser ud til at grave i og ud af hans hud, før han kom ud i et knytnævestort hoved på hans bicep. Syracuse-universitetets biolog er heller ikke forbeholdt sin usædvanlige kropskunst, der engang optrådte i en montage af bemærkelsesværdige videnskabstatoveringer, der blev offentliggjort i The Guardian .
For Pitnick afspejler hans indviklede blæk hans dybe fascination i sædcellerens "utroligt unikke biologi." Overvej, siger han, at sædceller er de eneste celler i kroppen, der er bestemt til at blive kastet ud i et fremmed miljø - en bedrift, der kræver dramatiske fysiske ændringer som de rejser fra testiklerne ind i en kvindes reproduktive kanal.
Relateret indhold
- De tidligste pattedyr holdt deres fede med nedlagte testikler
- Hvorfor forskere sendte musesæd til den internationale rumstation
- Nu kan du måle mandlig fertilitet med en smartphone-app
- P-piller Gel kaldet "IUD for mænd" gør det gennem abe-forsøg
”Ingen andre celler gør det, ” siger Pitnick, der har studeret sædceller i mere end 20 år. "De har denne autonomi."
I sit laboratorium konstruerer Pitnick hovederne af frugtfluesæd for at gløde et spøgelsesrødt og grønt, så han kan observere, at de bevæger sig gennem dissekerede kvindelige flyveproduktionskanaler. Han håber, at hans arbejde vil hjælpe med at afsløre, hvordan sædceller opfører sig i kvindelige kroppe, et forskningsområde, der stadig er i dets relative spædbarn. Disse former for innovationer kunne en dag forklare den store mangfoldighed af sædform og størrelse over hele dyreriget. Desuden kunne de i sidste ende hjælpe forskere med at udvikle menneskelig infertilitetsbehandlinger samt mere effektive mandlige svangerskabsforebyggende midler.
”Vi forstår næsten intet om sædfunktionen, hvad sæd gør, ” siger Pitnick. Mange af svarene på disse ukendte skjuler sandsynligvis inden for den anden halvdel af sædens puslespil: kvindelige kroppe.
Dette kan komme som en skuffelse for de modige biologer, der først kiggede på sædceller i deres fulde herlighed i det 17. og 18. århundrede ved hjælp af det daværende revolutionære mikroskop. Disse tidlige sædforskere fandt sig selv i opgave at besvare de mest basale spørgsmål, for eksempel: Er sædlevende dyr? Er det parasitter? Og Indeholder hver sædcelle et lille præformet voksent menneske, der er krøllet inde indeni? (Vi kommer til den senere).
Leeuwenhoeks tidlige mikroskopiske observationer af kaninsæd (fig. 1-4) og hundesæd (fig. 5-8). (Wikimedia Commons) Personen med den tvivlsomme ære for at være den første til at studere sæd i detaljer var Anton van Leeuwenhoek, en hollender, der udviklede det tidlige sammensatte mikroskop. Van Leeuwenhoek brugte først sit nye værktøj til at undersøge mere kyske emner som bi-stingers, menneskelus og søvand i midten af 1670'erne.
Kolleger opfordrede ham til at vende linsen til sæd. Men han bekymrede sig for, at det ville være uanstændigt at skrive om sæd og samleje, og derfor stoppede han. Til sidst, i 1677, gav han efter. Undersøgelsen af sit eget ejakulat blev han straks ramt af de bittesmå "dyrestammer", som han fandt krøllende inde.
Tøvende med endda at dele sine konklusioner med kolleger - for ikke at sige at få en tigger tatoveret på armen - skrev van Leeuwenhoek tøvende til Royal Society of London om hans opdagelse i 1677. ” Hvis dit herredømme skulle overveje, at disse observationer kan væmmes eller skandale de lærde, Jeg beder indtrængende dit herredømme om at betragte dem som private og at offentliggøre eller ødelægge dem, som dit herredømme finder passende . ”
Hans herredømme (også kendt som præsidenten for Royal Society) valgte at offentliggøre van Leeuwenhoeks fund i tidsskriftet Philosophical Transactions i 1678 - og således begyndte det splinternye felt inden for sædbiologi.
Det er svært at overdrive, hvor mystiske disse krusende mikroskopiske kommaer ville have vist sig for videnskabsmænd på det tidspunkt. Før opdagelsen af disse "animalcules" varierede teorier om, hvordan mennesker skabte flere mennesker, vidt, siger Bob Montgomerie, en biolog, der studerer dyreproduktion ved Queen's University i Canada. For eksempel troede nogle, at damp, der udsendes af mandlig ejakulering, på en eller anden måde stimulerede hunner til at skabe babyer, mens andre mente, at mænd faktisk skabte babyer og overførte dem til hunner til inkubation.
”Du kan forestille dig, hvor svært det er, når du ikke har nogen idé om, hvad der foregår, ” siger Montgomerie. Det er: uden at være i stand til at se sædceller og æg, trak disse forskere virkelig bare teorier ud af tynd luft.
I det 17. århundrede troede mange forskere, at hver sædceller indeholdt et lille, fuldt præformet menneske inde i det, som illustreret i denne skisse fra 1695 af Nicolaas Hartsoeker. (Wikimedia Commons) Selv efter at van Leeuwenhoek opdagede sædceller i 1677, gik det omkring 200 år, før forskerne blev enige om, hvordan mennesker dannede sig. To primære tankefelter dukkede op undervejs: På den ene side troede "præformationsfolkene", at hver spermatozoa - eller hvert æg, afhængigt af hvem du spurgte - indeholdt et lille, fuldt præformet menneske. I henhold til denne teori gav æget - eller sædcellen - simpelthen et sted, hvor udviklingen kunne forekomme.
På den anden side argumenterede ”epigenesister” for, at både mænd og kvinder bidrog med materiale til at danne en ny organisme, skønt de ikke var sikre på, hvem der bidrog nøjagtigt til hvad. Opdagelser gennem 1700-tallet bød mere bevis for dette argument, inklusive 1759-opdagelsen om, at kyllinger udvikler organer trinvist. (Montgomerie bemærker dette i bogen Sperm Biology: An Evolutionary Perspective, som blev redigeret af kolleger, herunder Pitnick.)
Med forbedringer af mikroskopet observerede forskere i midten af det 19. århundrede embryonal udvikling inden for ægebønne æg, der er bekvemt gennemsigtige. Disse observationer fortsatte med at modbevise præformationsbegrebet og gjorde det muligt for forskere at begynde at spørge, hvordan sæd og æg fungerer sammen for at skabe nye organismer.
Sædforskning kaster også lys over andre kropssystemer. I 1960'erne identificerede forskere proteinet dynein, der er ansvarlig for sædbevægelsen. ”Det viser sig, at det samme motoriske protein er ansvarlig for alle slags processer, der foregår i celler, ” siger Charles Lindemann, professor emeritus ved Oakland University i Michigan, som studerede sædmotilitet. I dag ved vi, at dynein er involveret i bevægelsen af mikroskopiske cellulære strukturer som cilia og flagella, som er nøglen til mange kropslige funktioner.
Stadig var de tidlige fremskridt inden for fertilitetsforskning langsomt at starte. Der var simpelthen ikke så mange arbejdende videnskabsmænd på det tidspunkt overhovedet, hvad så ikke sædforskere, siger Montgomerie. Han vurderer, at der kun var flere dusin mennesker, der undersøgte sædceller på det tidspunkt; til sammenligning studerer ca. 400.000 forskere kræft i dag. ”Der var nogle mennesker, der gjorde det, men måske ikke nok, ” siger Montgomerie.
Pitnick tilføjer, at de få tidlige forskere, der undersøgte sæd, muligvis ikke har forstået den kvindelige reproduktive systems rolle i fertilitetsligningen - et tilsyn, der kan forklare, hvorfor dette område stadig er et sådant mysterium i dag. ”En del af dette er en mandlig bias i biologi til at tro, at kvinden ikke er en vigtig del af historien, og det går langt tilbage i sædbiologien til hele denne idé om præformation, ” siger Pitnick.
På den mere tekniske side er det logistisk meget udfordrende at observere sædbevægelse inden i kvinden. Som Pitnick påpeger, er det temmelig svært at få et kamera inde i en kvindelig reproduktionskanal.
Det er geniet bag hans glødende frugtfluesæd og evnen til at overvåge dem i realtid. Videoen ovenfor viser den fjernede reproduktionskanal for en kvindelig frugtflue, som Pitnick har holdt intakt i en saltopløsning. Da den levede, blev denne hunner parret med en grøn sperm hann og derefter parret igen et par dage senere med en rød sperm han. Kun sædens hoveder er mærket med det fluorescerende protein, så spermens haler ikke kan ses.
Med denne form for teknologi kan Pitnick få indsigt i, hvorfor der findes så meget variation i formen og størrelsen på sædcellerne. For eksempel har den glødende sædcelle, han studerer, megalange haler, der når op til 6 centimeter i længden, når de rulles af - omtrent som din pinkige finger, og den længst kendte i dyreriget. Han har brugt årtier på at forstå, hvorfor en flue ville udvikle sig på denne måde, og har endelig fyldt ind på den kvindelige reproduktive kanal som kilde til sit svar.
Mens Pitnick fokuserer på fluer, har sæd også fanget opmærksomheden fra moderne forskere, der prøver at hjælpe menneskelige par, der prøver at blive gravid. Pitnicks fund kunne utilsigtet hjælpe med denne opgave. ”I mange tilfælde er det en kompatibilitetsforskel mellem en bestemt mand og kvinde, og de kender ikke den underliggende mekanisme, ” siger han. ”At forstå sæd-kvindelige interaktioner kan bestemt kaste lys over forståelsen af nye forklaringer på infertilitet, og muligvis nye løsninger til det.”
Grundlæggende sædforskning vil også hjælpe med til at fremskynde fremskridt med at udvikle mandlige svangerskabsforebyggende midler, siger Daniel Johnston, chef for antikonceptionsforskningsafdelingen ved National Institute of Health. Indtil videre har forskere prøvet alt fra geler til piller, men en effektiv, pålidelig mandlig fødselskontrol er stadig undvigende. Johnston siger, at forskere stadig står over for det mest basale af spørgsmål: hvad er sædceller, hvad som helst?
Sædceller varierer utroligt i dyreriget. Denne enkeltfrugtfluesædcelle kan nå flere centimeter lang, når den fjernes. (Romano Dalla) ”Vi er nødt til virkelig at forstå, hvad der udgør en sædcelle, ” siger Johnston, der har arbejdet for at beskrive det fulde proteinindhold i sædcellerne - et vigtigt første skridt i forståelsen af, hvordan man designe effektive prævention. ”Når du forstår det, kan du potentielt begynde at forstå, hvad vi har brug for at hæmme.”
For nylig lancerede en privat gruppe kaldet Male Contraceptive Initiative en konkurrence, der finansierer et innovativt antikonceptivt forskningsprojekt. * Gunda Georg, en medicinsk kemiker ved University of Minnesota, har nået det gennem den første runde af konkurrencen om sin forskning i infertilitet -associerede gener hos mus, der i sidste ende kunne bruges til at udvikle en mandlig fødselskontrolpiller.
Hendes aktuelle forskning hjælper med at bestemme passende dosisniveauer for sådanne lægemidler og vurdere potentielle bivirkninger. Når alt kommer til alt "hvis en mand holder op med at tage p-piller, er han nødt til at vende tilbage til det normale, " siger Georg.
Johnston er glad for at have muligheden for at støtte denne type forskning på NIH, både af interesse for at bevæge mandlige svangerskabsforebyggende midler men også ud fra en grundlæggende intrige i sædceller, der ikke har givet udslag i hans 25-årige karriere. "Sæd er fascinerende, " siger Johnston. "Der er intet som dem."
Pitnick er naturligvis enig. Den bashfulness, som videnskabsfolk som van Leeuwenhoek demonstrerede i de tidlige dage, siger han, er aftaget i marken. ”Jeg tror ikke, der er for mange biologer i dag, der har nogen form for ubehag, der taler om dette, ” siger Pitnick. Og for ham, personligt? ”Jeg elsker denne biologi, ” siger han. ”Jeg vil tale med nogen om det, der er villig til at lytte.”
Redaktørens note 7. juni 2017: Dette stykke oplyste oprindeligt, at det mandlige svangerskabsinitiativ blev huse under NIH; det er en privat bestræbelse.
