Scott Pitnicks tatovering er ikke akkurat subtil. De massive svart-hvite sædknistene vrir og spirer opp høyre underarm, og ser ut til å hule seg inn og ut av huden hans før han dukket opp i et knyttnevestykke på bicepsen. Heller ikke Syracuse-universitetsbiologen er forbeholdt hans uvanlige kroppskunst, som en gang gjorde opptreden i en montasje av bemerkelsesverdige forsker-tatoveringer publisert i The Guardian .
For Pitnick gjenspeiler hans intrikate blekk hans dype fascinasjon for sædcellenes "utrolig unike biologi." Tenk, sier han, at sædceller er de eneste cellene i kroppen som er bestemt til å bli kastet ut i et fremmed miljø - en bragd som krever dramatiske fysiske forandringer som de reiser fra testiklene inn i en kvinnes reproduktive kanal.
Relatert innhold
- De tidligste pattedyrene holdt det kjølt med nedstammede testikler
- Hvorfor forskere sendte musesæd til den internasjonale romstasjonen
- Nå kan du måle fertilitet av menn med en smarttelefonapp
- P-piller Gel kalt "IUD For Men" gjør det gjennom ape-forsøk
"Ingen andre celler gjør det, " sier Pitnick, som har studert sæd i mer enn 20 år. "De har denne autonomien."
I laboratoriet hans konstruerer Pitnick hodene på fruktfluesæd for å gløde et spøkelsesfullt rødt og grønt, slik at han kan se dem som beveger seg gjennom dissekerte kvinnelige flueforplantningsveier. Han håper arbeidet hans vil bidra til å avsløre hvordan sæd oppfører seg i kvinnelige kropper, et forskningsområde som fremdeles er i sitt relative spedbarn. Slike innovasjoner kunne en dag forklare det store mangfoldet av sædform og størrelse over dyreriket. Videre kan de til slutt hjelpe forskere med å utvikle menneskelig infertilitetsbehandling, samt mer effektive prevensjonsmidler for menn.
"Vi forstår nesten ingenting om sædfunksjonen, hva sædceller gjør, " sier Pitnick. Mange av svarene på disse ukjente skjuler seg sannsynligvis i den andre halvparten av sædens puslespill: kvinnelige kropper.
Dette kan komme som en skuffelse for de modige biologene som først så på sædceller i sin fulle prakt på 1600- og 1700-tallet ved å bruke det daværende revolusjonerende mikroskopet. Disse tidlige sædforskerne fant seg i oppgave å svare på de mest grunnleggende spørsmålene, for eksempel: Er sædlevende dyr? Er det parasitter? Og inneholder hver sæd et lite, forhåndsformet, voksent menneske som er krøllet inni? (Vi kommer til den senere.)
Leeuwenhoeks tidlige mikroskopiske observasjoner av kaninsæd (fig. 1-4) og hundesæd (fig. 5-8). (Wikimedia Commons) Personen med den tvilsomme æren av å være den første til å studere sæd i detalj var Anton van Leeuwenhoek, en nederlender som utviklet det tidlige sammensatte mikroskopet. Van Leeuwenhoek brukte først sitt nye verktøy for å undersøke mer kyske emner som bi-stingers, menneskelus og innsjøvann på midten av 1670-tallet.
Kollegene oppfordret ham til å vri linsen mot sæd. Men han bekymret seg for at det ville være usømmelig å skrive om sæd og samleie, og derfor stoppet han. Til slutt, i 1677, ga han seg. Etter å ha undersøkt sitt eget ejakulat, ble han øyeblikkelig rammet av de ørsmå "dyrene" han fant krøllete inni.
Nølende med å til og med dele funnene sine med kolleger - enn si å få en tatovering på armen - van Leeuwenhoek skrev nølende til Royal Society of London om hans oppdagelse i 1677. “ Hvis ditt herredømme bør vurdere at disse observasjonene kan avsky eller skandale de lærde, Jeg ber inderlig om ditt herredømme om å betrakte dem som private og å offentliggjøre eller ødelegge dem slik ditt herredømme ser passende . ”
Hans herredømme (også kjent som presidenten for Royal Society) valgte å publisere van Leeuwenhakes funn i tidsskriftet Philosophical Transactions i 1678 - og førte dermed til det helt nye feltet for sædbiologi.
Det er vanskelig å overdrive hvor mystiske disse virvlende, mikroskopiske kommaene ville ha vist seg for forskere den gang. Før oppdagelsen av disse "animalcules", varierte teorier om hvordan mennesker gjorde flere mennesker vidt, sier Bob Montgomerie, en biolog som studerer reproduksjon av dyr ved Queen's University i Canada. Noen trodde for eksempel at damp som ble avgitt av mannlig utløsning på en eller annen måte stimulerte kvinner til å lage babyer, mens andre mente at menn faktisk skapte babyer og overførte dem til kvinner for inkubering.
"Du kan forestille deg hvor vanskelig det er når du ikke aner hva som skjer, " sier Montgomerie. Det vil si: uten å kunne se sæd og egg, var disse forskerne egentlig bare å trekke teorier ut av tynn luft.
På 1600-tallet mente mange forskere at hver spermatozoa inneholdt et bittelitt, fullstendig forhåndsformet menneske i seg, som illustrert i denne skissen fra 1695 av Nicolaas Hartsoeker. (Wikimedia Commons) Selv etter at van Leeuwenhoek oppdaget sædceller i 1677, gikk det omtrent 200 år før forskere ble enige om hvordan mennesker dannet seg. To primære tankefelt dukket opp underveis: På den ene siden trodde "preformasjonistene" at hver spermatozoa - eller hvert egg, avhengig av hvem du spurte - inneholdt et bittelitt, fullstendig forhåndsformet menneske. Under denne teorien ga egget - eller sædcellen - ganske enkelt et sted for utvikling å skje.
På den annen side hevdet “epigenesists” at både menn og kvinner bidro med materiale til å danne en ny organisme, selv om de ikke var sikre på hvem som bidro nøyaktig til det. Funn gjennom 1700-tallet ga mer bevis for dette argumentet, inkludert oppdagelsen fra 1759 om at kyllinger utvikler organer trinnvis. (Montgomerie bemerker dette i boken Sperm Biology: An Evolutionary Perspective, som ble redigert av kolleger inkludert Pitnick.)
Med forbedringer av mikroskopet observerte forskere fra midten av 1800-tallet embryonal utvikling innen kråkebolleegg, som er praktisk transparente. Disse observasjonene fortsatte å motbevise begrepet preformasjon, og lot forskere begynne å spørre hvordan sæd og egg fungerer sammen for å skape nye organismer.
Sædforskning kaster også lys over andre kroppssystemer. På 1960-tallet identifiserte forskere proteinet dynein, som er ansvarlig for sædbevegelse. "Det viser seg at det samme motoriske proteinet er ansvarlig for alle slags prosesser som foregår i celler, " sier Charles Lindemann, professor emeritus ved Oakland University i Michigan som studerte sædmotilitet. I dag vet vi at dynein er involvert i bevegelsen av mikroskopiske cellulære strukturer som cilia og flagella, som er nøkkelen til mange kroppslige funksjoner.
Likevel var tidlig fremgang i fruktbarhetsforskningen langsom å ta av. Det var ganske enkelt ikke så mange arbeidende forskere den gang i det hele tatt, enn si sædforskere, sier Montgomerie. Han anslår at det bare var flere dusin mennesker som undersøkte sæd på den tiden; til sammenligning studerer omtrent 400 000 forskere kreft i dag. "Det var noen som gjorde det, men kanskje ikke nok, " sier Montgomerie.
Pitnick legger til at de få tidlige forskerne som studerte sæd, kanskje ikke fullt ut har satt pris på rollen til det kvinnelige reproduktive systemet i fruktbarhetsligningen - et tilsyn som kan forklare hvorfor dette området fremdeles er et slikt mysterium i dag. "En del av dette er en mannlig skjevhet i biologi for å tro at hunnen ikke er en viktig del av historien, og det går langt tilbake i sædbiologien til hele ideen om preformasjon, " sier Pitnick.
På den mer tekniske siden er det veldig utfordrende å observere sædbevegelse i hunnen. Som Pitnick påpeker, er det ganske vanskelig å få et kamera inne i en kvinnelig reproduksjon.
Det er geniet bak hans glødende fruktfluesæd og evnen til å overvåke dem i sanntid. Videoen over viser den fjernede reproduksjonsveien til en kvinnelig fruktflue, som Pitnick har holdt intakt i en saltløsning. Da den levde, ble den hunnen parret til en hann med grønn sperm, og deretter parret seg noen dager senere med en rød sperm hann. Bare sædens hoder er merket med det fluorescerende proteinet, så sædens haler kan ikke sees.
Med denne typen teknologi kan Pitnick få innsikt i hvorfor det eksisterer så mye variasjon i formen og størrelsen på sædcellene. For eksempel har den glødende sædcellen han studerer, megelange haler som når opp til 6 centimeter i lengden når de vikles av - omtrent lengden på din pinkede finger, og den lengste kjente i dyreriket. Han har brukt flere tiår på å forstå hvorfor en flue ville utvikle seg på denne måten, og har endelig slynget seg inn på den kvinnelige reproduktive kanalen som kilde til svaret.
Mens Pitnick fokuserer på fluer, har sæd også fanget oppmerksomheten til moderne forskere som prøver å hjelpe menneskelige par som prøver å bli gravid. Pitnicks funn kan utilsiktet hjelpe med denne oppgaven. "I mange tilfeller er det en kompatibilitetsforskjell mellom en spesifikk mann og kvinne, og de vet ikke den underliggende mekanismen, " sier han. "Å forstå sæd-kvinnelige interaksjoner kan sikkert kaste lys over å forstå nye forklaringer på infertilitet, og muligens nye løsninger for det."
Grunnleggende sædforskning vil også bidra til å fremskynde fremgangen med å utvikle mannlige prevensjonsmidler, sier Daniel Johnston, sjef for prevensjonsforskningsgrenen ved National Institutes of Health. Så langt har forskere prøvd alt fra geler til piller, men en effektiv, pålitelig mannlig prevensjon er fortsatt unnvikende. Johnston sier at forskere fremdeles står overfor de mest grunnleggende spørsmålene: hva er sæd, i alle fall?
Sædceller varierer utrolig i dyreriket. Denne enkeltfluesædcellen kan bli flere centimeter lang når den er viklet av. (Romano Dalla) "Vi må virkelig forstå hva som utgjør en sædcelle, " sier Johnston, som har arbeidet med å beskrive hele proteinets innhold av sædceller - et viktig første skritt i å forstå hvordan man utformer effektive prevensjonsmidler. "Når du forstår det, kan du potensielt begynne å forstå hva vi trenger å hemme."
Nylig lanserte en privat gruppe kalt Male Contraceptive Initiative en konkurranse som skal finansiere ett innovativt forskningsprosjekt for prevensjon. * Gunda Georg, en medisinsk kjemiker ved University of Minnesota, har klart seg gjennom den første runden av konkurransen for sin forskning på infertilitet. -tilknyttede gener hos mus som til slutt kan brukes til å utvikle en mannlig p-pille.
Hennes nåværende forskning er med på å bestemme passende doseringsnivåer for slike legemidler og vurdere potensielle bivirkninger. Tross alt, "hvis en mann slutter å ta p-piller, må han helt tilbake til det normale, " sier Georg.
Johnston er fornøyd med å ha muligheten til å støtte denne typen forskning ved NIH, både av interesse for å føre mannlige prevensjonsmidler fremover, men også ut fra en grunnleggende intrige i sæd som ikke har sluppet opp i løpet av hans 25 år lange karriere. "Sperm er fascinerende, " sier Johnston, "det er ingenting som de."
Pitnick er naturlig nok enig. Bashfulness som forskere som van Leeuwenhoek demonstrerte i de første dagene, sier han, har falt i feltet. "Jeg tror ikke det er for mange biologer i dag som har noen form for ubehag som snakker om dette, " sier Pitnick. Og for ham, personlig? "Jeg elsker denne biologien, " sier han. "Jeg skal snakke med noen om det som er villig til å lytte."
Redaktørens merknad 7. juni 2017: Dette stykket opplyste opprinnelig at Mannlig prevensjonsinitiativ var innlosjert under NIH; det er en privat innsats.
