Как плавают сперматозоиды

В 2026 году пройдет первый Кубок мира по гонкам спермы. Организаторы обещают, что в соревнованиях примут участие «спортсмены» из 128 стран, а трансляцию обещают вести на всю планету. Зрелище обещает быть интересным, ведь сперматозоид одновременно крутится вокруг своей оси и еще описывает круги вокруг средней линии.  Как будут проходить гонки спермы Фото: nobeastsofierce/Shutterstock/FOTODOM За гонкой будет следить высокоскоростная камера, делающая тысячи кадров в секунду

Трассу для гонок делают почти так же, как микросхемы для компьютеров. Сначала на специальную пластину нанесут рисунок будущих дорожек, потом зальют жидким полимером — это такая густая масса, похожая на смолу, — и поставят в печь. Получится прозрачный чип с канальцами шириной всего 10 микрон. Для сравнения: толщина человеческого волоса — около 70 микрон, так что дорожка уже, чем волос в семь раз.

Перед стартом сперму очистят от всего лишнего: уберут мертвые клетки и разные примеси, оставив примерно 200 самых активных пловцов. В канале создадут течение жидкости, и сперматозоиды поплывут против него. Это называется реотаксис — природное свойство многих микроорганизмов двигаться навстречу потоку.

За гонкой будет следить высокоскоростная камера, делающая тысячи кадров в секунду. Компьютер будет отслеживать каждого участника и превращать скучную картинку из микроскопа в зрелищную трехмерную модель, где видно, кто вырвался вперед. Организаторы обещают настоящую спортивную атмосферу.

Что люди думали про сперматозоиды столетия назад Фото: Wikipedia.org Рисунок Антони ван Левенгука

В 1677 году голландец Антони ван Левенгук, который изобрел первый настоящий микроскоп, решился посмотреть на собственную сперму. Он увидел там крошечных извивающихся существ и описал, как они плавают. По словам Левенгука, у каждого существа была круглая голова и хвост, который хлестал из стороны в сторону, как у змеи, и толкал клетку вперед.

Это описание продержалось в науке больше трехсот лет. В учебниках повторялось, что сперматозоид движется, виляя хвостом влево-вправо. И никто в этом не сомневался, пока ученые не применили современную технику.

Как сперматозоиды двигаются на самом деле Фото: Christoph Burgstedt/Shutterstock/FOTODOM Сперматозоид одновременно крутится вокруг своей оси и еще описывает круги вокруг средней линии

Команда исследователей из Бристольского университета и Национального автономного университета Мексики решила проверить, как сперматозоиды плавают в трех измерениях. Они подвесили клетки в специальном растворе и стали снимать их с разных сторон камерой, делающей 55 000 кадров в секунду. Для сравнения: обычная камера снимает 24–30 кадров, а тут скорость выше почти в 2000 раз.

Но и этого оказалось мало. Ученые подключили прибор, который превращает механические движения в электрические сигналы, и с его помощью измерили малейшие отклонения клеток с точностью меньше одной миллионной доли метра. Потом все данные обработали математически.

И тут выяснилось вот что. Хвост сперматозоида вовсе не хлещет из стороны в сторону. Он бьет только в одну сторону. Если бы клетка делала только это, она бы плавала по кругу и никогда не добралась до цели. Но природа пошла на хитрость: головка сперматозоида вращается по спирали в противоположную сторону, как волчок или штопор. Это вращение компенсирует однобокие удары хвоста, и в итоге клетка плывет прямо.

То есть сперматозоид одновременно крутится вокруг своей оси и еще описывает круги вокруг средней линии. Получается такое сложное вращение, которое позволяет двигаться вперед. Руководитель исследования признался, что ученые такого не ожидали.

Любопытно, что человек тут не уникален. Точно так же плавают сперматозоиды мышей, крыс и даже жгутики хламидомонад — это такие зеленые водоросли, которые живут в лужах. Видимо, природа нашла удачное инженерное решение и использует его у самых разных организмов.

Зачем ученые изучают движение сперматозоидов Фото: zffoto/Shutterstock/FOTODOM Гонки сперматозоидов, возможно, помогут ученым лучше разобраться в механизмах

От подвижности сперматозоидов во многом зависит, сможет ли пара завести ребенка. Поэтому чем точнее ученые поймут механику движения — как клетка крутится, как меняет поведение в разной среде, — тем больше шансов помочь. Может быть, появятся лекарства, которые улучшают вращение хвостика, или методы, которые корректируют траекторию.

Правда, есть одна сложность. Чтобы по-настоящему понять сперматозоиды, за ними надо наблюдать в естественной среде — в женских половых путях. А эта среда изучена плохо, потому что исторически ученые больше интересовались мужским организмом. Организаторы гонок спермы полагают, что, возможно, превратив науку в зрелище, удастся привлечь внимание к проблеме и собрать данные, которые помогут врачам.

Исследование движения сперматозоидов может пригодиться не только в медицине. Клетка — это маленький живой механизм, который сам решает, как крутиться и куда плыть, в зависимости от того, что вокруг: густая жидкость или жидкая, есть ли химические сигналы или нет. Если понять алгоритмы этого поведения, будет проще разрабатывать протезы или делать роботов. Так что гонки сперматозоидов, возможно, помогут ученым лучше разобраться в механизмах.

  По материалам smithsonianmag.com.   7 популярных мифов о человеческом мозге  

Почему у человека именно по пять пальцев на руках и ногах

Зачем человеку нужны линии на ладонях