Esperma humano nada mais como lontras do que enguias, diz estudo

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Por mais de 300 anos, a maioria dos cientistas presumiu que o esperma "nade" através dos fluidos, torcendo as caudas para frente e para trás como enguias para se impulsionar para frente. Mas de acordo com um novo papel no Science Advances, isso é realmente uma ilusão de ótica – o resultado de ver as criaturas de cima com microscópios 2D. Novas observações com a microscopia 3D revelaram que os espermatozóides humanos realmente rolam enquanto nadam, como lontras, essencialmente se movendo para a frente.

"Com mais da metade da infertilidade causada por fatores masculinos, entender a cauda do esperma humano é fundamental para o desenvolvimento de futuras ferramentas de diagnóstico para identificar espermatozóides não saudáveis". disse o co-autor Hermes Gadelha da Universidade de Bristol.

A honra de observar diretamente o primeiro esperma reside Antonie van Leeuwenhoek, uma cortina holandesa do século XVII com um interesse paralelo pela ciência – especificamente, construindo microscópios e criando métodos de fabricação inovadores para criar melhores lentes para esses microscópios. Apenas alguns de seus microscópios sobreviveram, mas são capazes de ampliar objetos pequenos até 275 vezes, e os historiadores acreditam que alguns de seus instrumentos poderiam ter alcançado ampliações de até 500 vezes.

Van Leeuwenhoek estudou muitas substâncias sob seus microscópios, incluindo fluidos como água do lago, sangue, leite, cuspe e lágrimas, por exemplo, além de placa raspada de seus próprios dentes. Ele ficou chocado ao descobrir pequenas criaturas vivas sob seus microscópios, que ele chamou de "animais"Não admira que ele seja considerado o pai da microbiologia.

Foi apenas uma questão de tempo até que van Leeuwenhoek voltasse sua atenção para o estudo de amostras de sêmen, embora inicialmente tenha relutado em fazê-lo, temendo que isso seja impróprio. Mas em 1677, ele cedeu. Usando uma amostra de seu esperma (após relações sexuais com sua esposa, que deve ter sido uma mulher sofrida), ele encontrou a amostra repleta de círculos de animais. Ele descreveu minuciosamente as criaturas minúsculas em uma carta para a Royal Society: cabeças duras, caudas longas, impulsionando-se, escreveu ele, amarrando as caudas "com um movimento de cobra, como uma enguia nadando na água". Ele passou a observar esperma em amostras de sêmen coletadas de outros animais, como coelhos e cães.

Mas a observação seminal (ahem) de van Leeuwenhoek acaba sendo apenas um truque óptico. Gadelha e seus colegas gravaram espermatozóides nadando livremente com uma câmera de alta velocidade, capturando mais de 55.000 quadros por segundo. Eles combinaram isso com um estágio microscópico que se movia para cima e para baixo, resultando em uma reconstrução 3D do movimento da cauda do esperma. Eles observaram que a cauda do esperma só se contorce de um lado, o que normalmente faria o esperma nadar em círculos. Assim, os espermatozóides se adaptaram para corrigir esse derrame unilateral: saca-rolhas enquanto nada.

"Nossa descoberta mostra que os espermatozóides desenvolveram uma técnica de natação para compensar sua desequilíbrio e, ao fazer isso, resolveram engenhosamente um quebra-cabeça matemático em escala microscópica: criando simetria a partir da assimetria". disse Gadelha. "A rotação de esperma humano em forma de lontra é, no entanto, complexa: a cabeça do esperma gira ao mesmo tempo em que a cauda do esperma gira em torno da direção da natação. Isso é conhecido na física como precessão, bem como quando as órbitas da Terra e Marte precessão ao redor do sol ".

Isso faz sentido, dado o que sabemos sobre a dinâmica de fluidos envolvida no movimento de microrganismos. Essas criaturas vivem em ambientes com baixos níveis de Reynold numbers– um número que prevê como um fluido se comportará com base nas variáveis ​​viscosidade, comprimento e velocidade. Nomeado após o físico do século 19 Osborne Reynolds, é especialmente útil para prever quando um fluido fará a transição para um fluxo turbulento. Muitos anos atrás, o escritor de física Aatish Bhatia escreveu um dos melhores explicações populares até a data de como esse material de movimento no fluido funciona. (Vale a pena ler na íntegra.) Em termos práticos, isso significa que forças inerciais (por exemplo, empurrar contra a água para se impulsionar para a frente enquanto nadava) são em grande parte irrelevantes com números Reynolds muito baixos, onde forças viscosas predominam.

Em 1977, físico Edward Purcell fiz alguns cálculos que mostrou como animais de tamanhos diferentes nadariam em diferentes números de Reynolds. O número seria muito alto para uma baleia, por exemplo, capaz de costear uma boa distância com um único retalho de cauda. De acordo com os cálculos de Purcell, no entanto, as bactérias nadam com baixos números de Reynolds, de modo que mal conseguem percorrer qualquer distância se você pressioná-las para colocá-las em movimento. É semelhante a um humano tentando nadar no melaço e movendo os braços em velocidades lentas, a par do movimento dos ponteiros do relógio. Portanto, enguias e espermatozóides (ou bactérias) adotariam estratégias de natação muito diferentes por necessidade, porque estão lidando com diferentes números de Reynolds.

Uma dessas estratégias pode ser quebrar a simetria do golpe para criar mais resistência ao golpe de força do que ao golpe de recuperação. Uma criatura poderia fazer isso mudando a forma do "remo" – por exemplo, os cílios que as células usam para se impulsionar para a frente. Bactérias e espermatozóides, por outro lado, têm caudas helicoidais que podem ser usadas como hélices do tipo saca-rolhas. Este último estudo lança uma luz intrigante sobre precisamente como isso funciona para o esperma humano. (É claro, como Bhatia apontou: "Não espere ver nadadores humanos fazendo o 'saca-rolhas' tão cedo. Essa estratégia funciona apenas com um número baixo de Reynolds, onde a água 'parece' tão grossa quanto a cortiça, para que você possa empurrar contra efetivamente. ")

Hoje, as clínicas de fertilidade ainda contam com visualizações 2D ao examinar o movimento dos espermatozóides. Portanto, este novo trabalho fornece uma melhor compreensão de como a cauda do esperma se move, o que por sua vez poderia levar a melhores ferramentas de diagnóstico. "Esta descoberta revolucionará nossa compreensão da motilidade espermática e seu impacto na fertilização natural" disse o co-autor Alberto Darszon da Universidade Nacional Autônoma do México, pioneira na técnica de microscopia 3D com seu colega e co-autor Gabriel Corkidi. "Pouco se sabe sobre o intrincado ambiente dentro do trato reprodutivo feminino e como a natação de espermatozóides colide com a fertilização. Essas novas ferramentas abrem nossos olhos para as incríveis capacidades que os espermatozóides têm".

DOI: Avanços científicos, 2020. 10.1126 / sciadv.aba5168 (Sobre os DOIs)

"Todo esperma é sagrado", de Monty Python O significado da vida.

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Fonte: Ars Technica