Мистериозните сперматозоиди: какво още не знаем за мъжките полови клетки?

С всяко сърцебиене мъжкото тяло може да произведе около 1000 сперматозоида, а при еякулация да отдели повече от 50 милиона, които се впускат в „пътешествието“ към оплождане на яйцеклетката. Една малка част от тях достига до крайната цел, но само един-единствен сперматозоид успява да проникне в нея и да я оплоди.

Но как се придвижва сперматозоидът, как намира яйцеклетката и как я опложда? С помощта на нови методи и техники учените вече могат да проследят целия път на сперматозоида – от създаването му в тестисите до оплождането на яйцеклетката в маточните тръби на жената.

Оказва се, че сперматозоидите са много различни от всички останали клетки. Нито една друга клетка не променя структурата и формата си по такъв уникален начин. Те не разчитат на стандартните клетъчни механизми и метаболизъм. За тях са необходими повече енергия и адаптивност с цел да реагират на променливите условия по време на еякулация и при придвижването им през женската репродуктивна система.

Сперматозоидите са и единствените човешки клетки, които могат да оцелеят извън тялото, което ги прави изключително специализирани, но и трудни за изучаване поради малкия им размер. Макар че науката знае много неща за структурата и поведението на мъжките полови клетки, днес – почти 350 години от откриването им – все още някои въпроси за тях нямат еднозначен отговор.

Кратка история на сперматозоидите

Историята на изучаването на сперматозоида започва през 1677 г., когато холандският микробиолог Антони ван Льовенхук, използвайки един от своите над 500 ръчно изработени микроскопа, за първи път наблюдава под микроскоп сперматозоиди, които нарича „семенни животинки“. До 1683 г. той отхвърля популярната по онова време теория, че човешкият ембрион се намира в миниатюрен вид в яйцеклетката, и предлага, че „мъжкото семе“ съдържа цялостен, макар и микроскопичен, човек – с душа и всичко останало.

Почти два века по-късно, през 1869 г., швейцарският лекар и биолог Йохан Фридрих Мишер изучава човешки бели кръвни клетки и открива в ядрата им веществото „нуклеин“ – предшественикът на това, което днес познаваме като ДНК. С цел да задълбочи изследванията си, Мишер се обръща към спермата като свой източник. Избира сперма от сьомга, която, поради по-големите клетъчни ядра, се оказва по-удобна за наблюдение. През 1874 г. Мишер идентифицира основен компонент на сперматозоида, който нарича „протамин“. Това е първият поглед към протеините, които изграждат сперматозоидите. На учените обаче им отнемат още 150 години, за да идентифицират пълното протеиново съдържание на сперматозоидите.

Как се образуват и какво представляват сперматозоидите?

Образуването на сперматозоидите започва от пубертета и продължава през целия живот. Те се създават в специални каналчета в тестисите, наречени семенни каналчета (семенни тубули). В началото клетките, които ще се превърнат в сперматозоиди, изглеждат като обикновени кръгли клетки. С времето обаче претърпяват забележителна трансформация – оформят характерна глава и опашка. Нито една друга клетка в човешкото тяло не променя структурата и формата си по толкова уникален начин. Пълното съзряване на сперматозоидите отнема около девет седмици. Онези, които не бъдат еякулирани, се разграждат и се абсорбират обратно от организма.

Днес знаем, че сперматозоидите са много повече от глава с ДНК и опашка. Освен генетичен материал, те предават и епигенетична информация – своеобразен „слой инструкции“, който оказва дълбоко влияние върху това как и кога ще се активират определени гени по време на развитието на ембриона и дори през целия живот на бъдещото дете.

Как се придвижва сперматозоидът?

След еякулация, всеки от милионите сперматозоиди трябва сам да се придвижи напред, използвайки опашковидния си израстък, наречен флагелум, за да достигне до яйцеклетката. Макар че често в клипове ги виждаме как се движат като попови лъжички, учените едва наскоро започнаха да разбират истинската механика зад движението на сперматозоидите. Дълго се смяташе, че опашката се мята от страна на страна, но през 2023 г. изследователи от Университета в Бристол откриха, че движението ѝ следва математически модел, описан от легендарния математик и дешифровчик Алън Тюринг още през 1952 г. – т.нар. теория на реакционно-дифузионните системи. Чрез 3D микроскопия учените показват, че опашката на сперматозоида създава вълни, които се разпространяват по дължината ѝ и задвижват клетката напред. Това откритие е от ключово значение за разбирането на мъжката фертилност и потенциално за лечението на някои форми на безплодие.

Как сперматозоидът намира яйцеклетката?

След като бъдат еякулирани, сперматозоидите започват своето пътуване през женската репродуктивна система. Те преминават през шийката на матката, навлизат в матката и продължават към маточните тръби, където обикновено се намира яйцеклетката. Това е път, изпълнен с препятствия, включително имунна защита на женския организъм. Въпреки напредъка на науката, процесът по който сперматозоидите откриват яйцеклетката остава донякъде загадъчен. Учените смятат, че яйцеклетката изпраща химически сигнали, които привличат сперматозоидите – процес, наречен хемотаксис. Освен това, в мембраната на сперматозоидите има рецептори, подобни на вкусовите рецептори, които може да играят роля в това „ориентиране“.

Голямото препятствие: Оплождането

След като сперматозоидът достигне яйцеклетката, неговата мисия далеч не е завършена. Яйцеклетката е защитена от три слоя: корона радиата – слой от клетки; зоната пелуцида – желеподобна протеинова обвивка; и накрая – плазмената мембрана на самата яйцеклетка. За да проникне през тези бариери, сперматозоидът използва ензими, съхранявани в акрозомата – капачковидна структура върху главата му. Но какво точно предизвиква освобождаването на тези ензими все още е загадка. След като пробие първите два слоя, сперматозоидът използва своеобразен „шип“ и мощни удари на опашката си, за да навлезе в яйцеклетката. Ако успее да достигне до мембраната, тя го „поглъща“ и настъпва моментът на оплождането. За да се избегне опасната ситуация, при която повече от един сперматозоид навлиза в яйцеклетката (полиспермия), тя веднага задейства два защитни механизма – първо създава електрическа бариера, а след това втвърдява зоната пелуцида, създавайки непробиваема преграда.

Скритият свят: Връзката с женския организъм

И все пак, оплождането не е просто „мъжка работа“. Всъщност, женското тяло играе ключова, но често подценявана роля. Оказва се, че женската репродуктивна система не е просто пасивен канал – тя е активно участваща и бързо еволюираща среда, която не само направлява сперматозоидите, но и „подбира“ най-подходящите. Много от взаимодействията между сперматозоида и женския организъм остават неразгадани – учените едва сега започват да разбират как яйцеклетката и нейните околни структури „разпознават“ правилния сперматозоид. В някои видове, например при плодови мухи, женските са еволюирали така, че да предпочитат сперматозоиди с определени характеристики – дължина, форма, поведение. Това подсказва, че еволюционният натиск често идва именно от женските. С други думи, сперматозоидите са продукт на непрекъсната надпревара не само помежду си, но и с женската физиология, която определя правилата на играта. Как точно се случва този избор – това все още е една от големите и най-вълнуващи загадки в биологията.

Източник: Latham, K., ‘There’s a huge amount that we don’t understand’: Why sperm is still so mysterious, BBC, 2025