Bull Sperm se las arregla con un poco de ayuda de sus amigos | Ciencias

Toro

Un toro camina frente a una vaca. Si se aparean, es probable que los espermatozoides del toro se agrupen mientras nadan a través de los órganos reproductivos de la hembra.
Xurxo Lobato / Getty Images

Los científicos comenzaron a poner semen bajo un microscopio hace casi 350 años y, desde entonces, sus avistamientos de esperma han producido tantas preguntas como respuestas. En ese entonces, no podían entender exactamente qué eran las pequeñas cosas retorcidas, o qué hacían, y mucho menos las diferentes formas en el reino animal en que los espermatozoides llevan a cabo su función reproductiva.

Parte del problema se deriva de buscar en el lugar equivocado. Los espermatozoides no hacen mucho bajo un microscopio; prosperan una vez en el tracto reproductivo femenino, un lugar muy difícil para ver lo que sucede cuando los espermatozoides entran en acción. La situación ha producido algunos conceptos erróneos duraderos, como la idea de que la reproducción es siempre un sprint de “cada espermatozoide para sí mismo”.

A pesar de los aspectos a menudo competitivos de la reproducción animal, los científicos ahora saben que algunos grupos de espermatozoides del mismo eyaculado en realidad se congregan para trabajar juntos en una especie de cooperación social. Los investigadores han documentado recientemente la unión de espermatozoides de ratones, moluscos y zarigüeyas, aunque no siempre saben por qué sucede eso.

A estudio publicado hoy en Fronteras en biología celular y del desarrollo ha revelado una razón, al menos entre los toros; nadar juntos ayuda a los espermatozoides a moverse a través de los fluidos pegajosos que se encuentran en su migración a través del tracto reproductivo femenino. Usando una máquina de microfluidos para simular las condiciones similares a las mucosas dentro de una vaca, los investigadores aprendieron que la agrupación de espermatozoides tiene ventajas que los ayudan a navegar eficientemente por el tracto femenino y nadar contra la corriente, mejor que un solo esperma. El estudio, y otros que buscan recrear los entornos en los que nadan los espermatozoides, pueden ayudar a mejorar el análisis de esperma que podría usarse para mejorar las técnicas de fertilidad humana.

La ciencia del esperma tiene una larga y colorida historia. El campo fue lanzado por Anton van Leeuwenhoek, inventor del microscopio compuesto, quien observó esperma en su propio semen y publicó un artículo de sus hallazgos en 1678, aunque solo después de preocuparse de que “estas observaciones pudieran disgustar o escandalizar a los eruditos”. Una vez que van Leeuwenhoek puso el esperma en el centro de atención, muchas teorías, a veces cómicas, intentaron explicar qué era exactamente el esperma y cómo se producía la concepción. Su contemporáneo Nicolass Hartsoeker afirmó haber visto espermatozoides unos años antes de la publicación de van Leeuwenhoek pero, como otros después, los descartó como una especie de parásito seminal. Durante casi dos siglos, una escuela de pensamiento insistió en que cada espermatozoide contenía un humano preformado muy pequeño.

Los espermatozoides son células individuales con una misión única. Transmiten la genética de un macho a la siguiente generación. A diferencia de cualquier otra célula, no están destinadas a ser parte del cuerpo, sino que se producen para ser eyaculadas y vivir en un entorno extraño. “Nuestro sitio de campo principal es el sistema reproductivo femenino, pero es un lugar increíblemente difícil de visualizar y hacer experimentos”, dice Scott Pitnick, biólogo de la Universidad de Syracuse y especialista en esperma que no participó en el estudio. “Probablemente sea más fácil estudiar el draco en la Antártida”.

Chih-kuan Tung, físico de la Universidad Estatal Técnica y Agrícola de Carolina del Norte, y sus colegas abordaron ese problema al recrear aspectos importantes del sistema reproductivo femenino para que los espermatozoides pudieran observarse fácilmente. Tung señala que en una clínica de fertilidad típica, o en un servicio de comercio de semen de toro, los investigadores simplemente colocan el esperma en una solución acuosa de laboratorio, lo colocan entre dos piezas de vidrio y lo observan nadar bajo un microscopio. Si bien el método revela problemas obvios, como los espermatozoides que no pueden nadar, no puede proporcionar mucha información del mundo real.

“Realmente deberíamos mirar un entorno de natación más cercano a lo que encontrarían los espermatozoides en un sistema reproductivo femenino”, señala Tung. Con ese fin, su equipo de Carolina del Norte A&T y la Universidad de Cornell comenzó a estudiar cómo el esperma de toro, un sustituto decente del nuestro entre los mamíferos, se movía en un ambiente pegajoso similar a las condiciones en el cuello uterino, el útero y el oviducto bovino.

El grupo sabía por investigaciones previas con el fluido que los espermatozoides de toro formaban grupos, pero también que esos grupos no podían nadar más rápido que los individuos, por lo que esa ventaja obvia no fue la razón por la que los espermatozoides se mantuvieron juntos. En busca de otra ventaja, el equipo diseñó un nuevo experimento que agregó flujos o corrientes, como los que encuentran los espermatozoides en la vida. Descubrieron tres formas diferentes en que los espermatozoides se beneficiaban de la agrupación, según el flujo del fluido en el medio ambiente.

Cuando no había flujo, los grupos avanzaban en un camino mucho más directo hacia su objetivo que el que podían hacer los espermatozoides individuales. “Eso es una ventaja para ellos, porque quieren ir a alguna parte”, explica Tung.

A niveles de flujo moderados, los espermatozoides agrupados pudieron alinearse mejor para nadar directamente contra el flujo. Esa es la dirección en la que desean ir en el tracto femenino, porque el fluido generalmente se dirige hacia afuera.

Cuando los niveles de corriente de flujo aumentaron a los niveles más altos que se encuentran dentro del tracto reproductivo, la agrupación permitió que los espermatozoides se mantuvieran firmes y resistieran el flujo, de modo que fueron arrastrados río abajo con mucha menos frecuencia que los espermatozoides individuales.

Juntos, los resultados muestran que el viaje de los espermatozoides a través de los fluidos del tracto reproductivo se ve favorecido por la cooperación social. Pueden identificar y mantener la dirección correcta de manera más eficiente o incluso, en corrientes fuertes, utilizar técnicas de dibujo preferidas por grupos de ciclistas y autos de carreras.

esperma de toro

Los espermatozoides de toro que nadan en grupos (marcados dentro de óvalos amarillos) tienen ventajas cuando se mueven a través de fluidos como los que se encuentran en los órganos reproductivos de las vacas.

S Phuyal, SS Suárez, CK Tung

Al tratar de imitar el entorno del tracto femenino, desde los flujos de fluidos hasta las formas tridimensionales, estudios como este pueden mejorar el análisis del semen y ayudar a crear tratamientos de infertilidad más efectivos para los humanos, así como mejores métodos anticonceptivos para quienes esperan evitar el embarazo. .

“La gente va a configuraciones ambientales más realistas para explorar la función de los espermatozoides, y eso ha estado completamente ausente en la historia de la investigación de los espermatozoides”, dice Pitnick. En su propio trabajo con moscas de la fruta, él utiliza el etiquetado de proteínas fluorescentes para hacer visibles las cabezas de los espermatozoides para que pueda observar cómo interactúan y compiten en el aparato reproductor femenino.

Entre otras especies además de los toros, la investigación ha descubierto algunos casos de cooperación social en los que los espermatozoides se mueven colectivamente de formas muy interesantes. Cada esperma de ratón de madera tiene un gancho en la cabeza, mediante el cual los espermatozoides se conectan en trenes de cientos a miles que nadan más rápido que los individuos. En algunos moluscos, un esperma de gran tamaño sirve como una especie de pene móvil, un autobús que transporta y deja otros espermatozoides fertilizantes en su ruta a través del tracto reproductivo. En la zarigüeya, los espermatozoides han evolucionado para llegar a donde van nadando en parejas, unidos por cabezas asimétricas, y solo se separan cuando están cerca de la oportunidad de fertilizar el óvulo. Pero los científicos aún no conocen todas las razones por las que estos espermatozoides cooperan. Al desentrañar algunas ventajas definitivas entre los espermatozoides de toro, este estudio hace avanzar la pelota.

“Para mí, este estudio muestra que es probable que incluso en especies que no han desarrollado mecanismos de unión física para esta cooperación, todavía hay beneficios para los espermatozoides que cooperan durante su migración a través del tracto femenino”, dice Pitnick. “Y demuestran en términos de biofísica, dinámica de flujo, cómo funciona esto realmente”.

Dicho trabajo también es clave para comprender la biología evolutiva de los espermatozoides, cómo han llegado a funcionar de maneras sorprendentes y únicas dentro del tracto reproductivo femenino, que Pitnick llama una de las grandes fronteras inexploradas en toda la biología. “Tenemos que entender ese entorno”, dice, “para entender qué hacen los espermatozoides en él”.