סיפורו הארוך והמפותל של מדע הזרע

הקעקוע של סקוט פיטניק לא ממש עדין. פיתולי הזרע האדירים בשחור-לבן מסובבים את זרועו הימנית, ונראה שהוא מתחפר בעורו ומחוצה לו לפני שהוא מגיח לראש בגודל אגרוף על שריר הזרוע. הביולוג של אוניברסיטת סירקוזה אינו שומר על אומנות הגוף החריגה שלו, שהופיעה בעבר במונטאז 'של קעקועים מדענים בולטים שפורסמו בגרדיאן .

עבור פיטניק, הדיו המורכב שלו משקף את הקסם העמוק שלו ב"ביולוגיה ייחודית להפליא של הזרע ". קחו בחשבון, לדבריו, כי הזרע הם התאים היחידים בגוף שנועדו להושלך לסביבה זרה - הישג הדורש שינויים פיזיים דרמטיים הם נוסעים מהאשכים אל דרכי הרבייה של האישה.

תוכן קשור

• היונקים הקדומים ביותר שמרו על קור רוח עם אשכים צאצאים
• מדוע מדענים שלחו זרע עכבר לתחנת החלל הבינלאומית
• עכשיו אתה יכול למדוד פוריות גברית באמצעות אפליקציה לסמארטפון
• ג'ל למניעת הריון כינה "IUD לגברים" עושה את זה דרך ניסויים בקופים

"אף תאים אחרים לא עושים את זה", אומר פיטניק, שחוקר זרע כבר למעלה מעשרים שנה. "יש להם את האוטונומיה הזו."

במעבדתו, מהנדס פיטניק את ראשי זרעי זבוב הפירות כדי להאיר אדום וירוק רפאים כדי שיוכל לראות אותם עוברים דרך דרכי הרבייה של נקבות הזבוב. הוא מקווה שעבודתו תעזור לחשוף כיצד זרע מתנהג בגוף נשי, תחום מחקר שעדיין נמצא בחיתוליו היחסיים. חידושים מסוג זה יכולים יום אחד להסביר את המגוון הגדול של צורת הזרע וגודלם ברחבי ממלכת החיות. יתרה מכך, בסופו של דבר הם יוכלו לסייע לחוקרים לפתח טיפולי פוריות אנושיים, כמו גם אמצעי מניעה גברים יעילים יותר.

"אנחנו לא מבינים כמעט דבר בתפקוד הזרע, מה עושים זרע", אומר פיטניק. רבות מהתשובות לאלמונים הללו מסתתרות ככל הנראה במחצית השנייה של חידת הזרע: גופות נשיות.

זה עשוי להאכזב את הביולוגים האמיצים שהביטו לראשונה בתאי זרע במלוא הדרם במאה ה -17 וה -18, באמצעות המיקרוסקופ המהפכני דאז. מדעני הזרע המוקדמים הללו מצאו עצמם מוטלים לענות על השאלות הבסיסיות ביותר, למשל: האם חיות זרע חיות? האם הם טפילים? וכן, האם כל זרע מכיל אדם מבוגר זעיר מראש, שהתכרבל בתוכו? (נגיע לזה בהמשך.)

תצפיות מיקרוסקופיות מוקדמות של ליוונהוק על זרע ארנב (איורים 1-4) וזרע כלבים (איורים 5-8). (Wikimedia Commons)

האדם עם הכבוד המפוקפק להיות הראשון שחקר את הזרע בפירוט היה אנטון ואן ליוונהוק, הולנדי שפיתח את המיקרוסקופ המתחם המוקדם. ואן ליוונהוק השתמש לראשונה בכלי החדש שלו בכדי לבחון נושאים צנועים יותר כמו עוקצי דבורים, כינים אנושיות ומי אגם באמצע שנות ה -70.

עמיתים דחקו בו להפוך את עדשתו לזרע. אבל הוא דאג שיהיה מגונה לכתוב על זרע ועל קיום יחסי מין, וכך הוא נתקע. לבסוף, בשנת 1677, הוא נכנע. בחן את השפיכה של עצמו, הוא הוכה מיד על ידי "בעלי החיים" הזעירים שהוא מצא מתפתל בתוכו.

מהסס אפילו לחלוק את ממצאיו עם קולגות - קל וחומר לקבל קעקוע על מתמרק על זרועו - כתב ואן ליוונהוק בהיסוס לחברה המלכותית של לונדון על תגליתו בשנת 1677. " אם אדוני מלכותך צריכים לקחת בחשבון שתצפיות אלה עשויות להגעיל או לשערור את המלומדים אני מתחנן בכנות לאדון שלך להתייחס אליהם כאל פרטיים ולפרסם או להרוס אותם כפי שרואה אדוניך . "

מלכותו (המכונה גם נשיא החברה המלכותית) בחרה לפרסם את ממצאיו של ואן ליוונהוק בכתב העת Philosophical Transactions בשנת 1678 - ובכך התחיל את התחום החדש לגמרי בביולוגיית הזרע.

קשה להפריז באיזו מסתוריות היו מופיעות פסיקים מיקרוסקופיים מסתוריים אלה בפני מדענים באותה תקופה. לפני הגילוי של "בעלי החיים" האלה, התיאוריות לגבי האופן בו בני האדם גרמו לבני אדם נעו רבות, אומר בוב מונטגומרי, ביולוג שחוקר רבייה של בעלי חיים באוניברסיטת קווינס בקנדה. לדוגמה, חלקם האמינו כי אדים הנפלטים על ידי שפיכה של גברים איכשהו עוררו נקבות להוליד תינוקות, בעוד שאחרים האמינו כי גברים למעשה יצרו תינוקות והעבירו אותם לנקבות לשם דגירה.

"אתה יכול לדמיין כמה זה קשה כשאין לך מושג מה קורה", אומר מונטגומרי. כלומר: מבלי שהצליחו לראות זרע וביצים, המדענים האלה ממש שלפו תיאוריות מהאוויר.

במאה ה -17, חוקרים רבים האמינו כי כל זרע זרע מכיל בתוכו אנוש זעיר ומעוצב לחלוטין, כפי שהמחשה במערכון זה משנת 1695 מאת ניקולאס הרטסוקר. (Wikimedia Commons)

אפילו לאחר שג'אן ליוונהוק גילה זרע בשנת 1677, עברו בערך 200 שנה עד שהמדענים הסכימו כיצד נוצרו בני האדם. שני שדות מחשבה עיקריים הופיעו במהלך הדרך: מצד אחד, "הקדם פורמציוניסטים" האמינו כי כל זרע-זרע - או כל ביצה, תלוי את מי שאלתם - מכיל אדם קטנטן ומעוצב לחלוטין. לפי תיאוריה זו, הביצה - או הזרע - פשוט סיפקו מקום להתפתחות.

מצד שני, "אפיגנזיסטים" טענו כי גם גברים וגם נקבות תרמו חומר ליצירת אורגניזם חדש, אם כי לא היו בטוחים מי תרם בדיוק מה. תגליות במהלך שנות ה- 1700 הציעו ראיות נוספות לטיעון זה, כולל התגלית של 1759 לפיה אפרוחים מפתחים איברים באופן הדרגתי. (מונטגומרי מציין זאת בספר Sperm Biology: An Evolutionary Perspective, שנערך על ידי עמיתים כולל פיטניק.)

עם שיפורים במיקרוסקופ, החוקרים צפו באמצע המאה ה- 19 התפתחות עוברית בתוך ביצי קיפוד הים, שקופות בנוחות. תצפיות אלה המשיכו להפריך את מושג הטרום-פורמציה, ואיפשרו לחוקרים להתחיל לשאול כיצד זרע וביצה עובדים יחד כדי ליצור אורגניזמים חדשים.

מחקר הזרע שופך אור גם על מערכות גוף אחרות. בשנות השישים החוקרים זיהו את החלבון דינין, האחראי לתנועת הזרע. "מסתבר שאותו חלבון מוטורי אחראי לכל מיני תהליכים המתרחשים בתאים", אומר צ'ארלס לינדמן, פרופסור אמריטוס מאוניברסיטת אוקלנד במישיגן שחקר תנועתיות זרע. כיום אנו יודעים שדינין מעורב בתנועה של מבנים תאיים מיקרוסקופיים כמו ציצית והפללה, שהם המפתח לתפקודים גופניים רבים.

עם זאת, ההתקדמות המוקדמת במחקר הפוריות הייתה איטית להמריא. פשוט לא היו אז הרבה מדענים עובדים, שלא לדבר על מדעני זרע, אומר מונטגומרי. הוא מעריך כי היו באותה עת רק כמה עשרות אנשים שחקרו זרע; לשם השוואה, בערך 400, 000 מדענים חוקרים סרטן כיום. "היו אנשים שעשו את זה, אבל אולי לא מספיק", אומר מונטגומרי.

פיטניק מוסיף כי ייתכן שמעט החוקרים המוקדמים שחקרו זרע לא העריכו במלואה את תפקידה של מערכת הרבייה הנשית במשוואת הפוריות - פיקוח שיכול להסביר מדוע אזור זה עדיין תעלומה כה רבה כיום. "חלק מזה הוא הטיה גברית בביולוגיה לחשוב שהנקבה אינה חלק חשוב בסיפור, וזה חוזר הרבה מאוד בביולוגיה של זרע לכל הרעיון הזה של פרפורמציה", אומר פיטניק.

בצד הטכני יותר, התבוננות בתנועת זרע בתוך הנקבה היא מאתגרת מאוד מבחינה לוגיסטית. כפי שפיטניק מציין, די קשה להכניס מצלמה לשטח רבייה נשי.

זה הגאון שמאחורי זרע זבוב הפירות הזוהר שלו והיכולת לפקח עליהם בזמן אמת. הסרטון שלמעלה מראה את מערכת הרבייה שהוסרה של זבוב פרי נשי, שפיטניק שמר על כנו בתמיסת מלח. כשחיה, נקבה אותה נקבה לזכר זרע ירוק, ואז התיישרה מחדש כמה ימים אחר כך עם זכר של זרע אדום. רק ראשי הזרע מתויגים עם החלבון הניאון, כך שלא ניתן לראות את זנבות הזרע.

בעזרת סוג זה של טכנולוגיה, פיטניק יכול לקבל תובנה מדוע קיים מגוון כה רב בצורת הזרע וגודלו. לדוגמה, לזרע הזוהר שהוא חוקר יש זנבות ארוכים מגה המגיעים עד 6 סנטימטרים באורך כאשר הם מתפתלים - בערך באורך האצבע הזרתית שלך, והארוך ביותר הידוע בממלכת החיות. הוא השקיע עשרות שנים בניסיון להבין מדוע זבוב יתפתח ככה, וסוף סוף דבק בדרכי הרבייה הנשית כמקור לתשובתו.

בעוד שפיטניק מתמקד בזבובים, זרע תפס גם את תשומת ליבם של מדענים מודרניים המנסים לעזור לזוגות אנושיים המנסים להרות. הממצאים של פיטניק עשויים לעזור בשוגג במשימה זו. "במקרים רבים מדובר בהבדל תאימות בין זכר לנקבה ספציפית, והם אינם מכירים את המנגנון הבסיסי, " הוא אומר. "הבנת אינטראקציות בין זרע ונקבה יכולה בהחלט לשפוך אור על הבנת הסברים חדשים לפוריות, ואולי גם פתרונות חדשים לה."

מחקר זרע בסיסי יסייע גם לזרז את ההתקדמות בפיתוח אמצעי מניעה גברים, אומר דניאל ג'ונסטון, ראש אגף המחקר על אמצעי מניעה במכון הלאומי לבריאות. עד כה ניסו החוקרים הכל, החל מג'לים וכלה בכדורים, אך מניעת הריון הגברית היעילה והאמינה נותרת חמקמקה. ג'ונסטון אומר שמדענים עומדים בפני השאלות הבסיסיות ביותר: מה זה זרע, בכל מקרה?

תאי הזרע משתנים בצורה מדהימה בכל ממלכת בעלי החיים. תא זרע זבוב הפירות היחיד הזה יכול להגיע לאורך של כמה סנטימטרים כאשר הוא פרוץ. (רומנו דלה)

"עלינו להבין באמת מה מורכב מזרע", אומר ג'ונסטון, שפעל לתיאור תכולת החלבון המלאה של הזרע - צעד ראשון חשוב להבנת אופן התכנון של אמצעי מניעה יעילים. "כשאתה מבין את זה, אתה יכול להתחיל להבין מה אנחנו צריכים לעכב."

לאחרונה השיקה קבוצה פרטית בשם "יוזמת הגברים למניעת הריון" תחרות שתממן פרויקט מחקר חדשני למניעת הריון. * גונדה גאורג, כימאית רפואית מאוניברסיטת מינסוטה, הצליחה להגיע לסיבוב הראשון של התחרות על מחקריה בנושא פוריות. גנים הקשורים לעכברים שיכולים לשמש בסופו של דבר לפיתוח גלולה למניעת היריון.

המחקר הנוכחי שלה מסייע לקבוע רמות מינון מתאימות לתרופות כאלה ולהעריך תופעות לוואי אפשריות. אחרי הכל, "אם אדם מפסיק לקחת את הגלולה, הוא צריך לחזור לחלוטין לקדמותו, " אומר ג'ורג '.

ג'ונסטון שמח לקבל את ההזדמנות לתמוך במחקר מסוג זה ב- NIH, הן מתוך עניין להניע אמצעי מניעה לגבר קדימה, אך גם מתוך תככים מהותיים בזרע שלא התפשרו במהלך הקריירה שלו בת 25 שנה. "הזרע מרתק", אומר ג'ונסטון, "אין כמוהם."

פיטניק, באופן טבעי, מסכים. החוסר נפש שהפגינו מדענים כמו ואן ליוונהוק בראשית דרכו, לדבריו, שככה בתחום. "אני לא חושב שיש היום יותר מדי ביולוגים שיש להם סוג של אי נוחות מדבר על הדברים האלה, " אומר פיטניק. ובשבילו, באופן אישי? "אני אוהב את הביולוגיה הזו, " הוא אומר. "אדבר עם מישהו על זה שמוכן להקשיב."

הערת העורך, 7 ביוני, 2017: במקור נאמר כי היוזמה למניעת הריון הגברית שוכנה תחת ה- NIH; זה מאמץ פרטי.