O esperma é crítico para a fertilização de quase todos os organismos vivos em nosso planeta, incluindo os seres humanos. Para se reproduzir, o esperma humano precisa nadar uma distância equivalente à escalada do Monte Everest para encontrar o óvulo.
Eles completam essa jornada épica simplesmente balançando a cauda , movendo o fluido para nadar para a frente. Embora mais de 50 milhões de espermatozóides não atinjam o óvulo – o equivalente a mais de seis vezes a população inteira de Londres ou Nova York – são necessários apenas um único espermatozóide para fertilizar um óvulo que eventualmente se tornará um ser humano.
O esperma foi descoberto pela primeira vez em 1677 – mas demorou cerca de 200 anos antes que os cientistas concordassem em como os humanos são realmente formados.
Os “pré -formacionistas” acreditavam que cada espermatozóide continha um pequeno humano miniaturizado – o homúnculo . Eles acreditavam que o óvulo simplesmente fornecia um lugar para o esperma crescer.
Por outro lado, os “epigenesistas” argumentaram que homens e mulheres contribuíram para formar um novo ser, e as descobertas na década de 1700 mostraram mais evidências para essa teoria .
Embora os cientistas agora compreendam melhor o papel que o esperma desempenha na reprodução, nossas pesquisas mais recentes descobriram que o esperma realmente engana os cientistas esse tempo todo.
Um dos primeiros microscópios foi desenvolvido no século XVII por Antonie van Leeuwenhoek . Ele usou uma gota de vidro derretido que ele moeu com cuidado e poliu para criar uma lente poderosa. Alguns deles podem ampliar um objeto 270 vezes. Notavelmente, uma lente melhor não foi criada por mais de 200 anos .
As lentes de Leeuwenhoek fizeram dele o primeiro explorador do mundo microscópico, capaz de ver objetos, incluindo bactérias, o interior de nossas células – e esperma . Quando Leeuwenhoek descobriu o esperma pela primeira vez, ele o descreveu como um ” animal vivo ” com uma “cauda que, ao nadar, chicoteia com um movimento de cobra, como enguias na água”.
Surpreendentemente, nossa percepção de como nada de espermatozóides não mudou desde então. Hoje, quem usa um microscópio moderno ainda faz a mesma observação: o esperma nadando para frente balançando a cauda de um lado para o outro.
Mas, como mostra nossa pesquisa mais recente , na verdade estamos errados sobre como o esperma nada nos últimos 350 anos.
Usando a avançada tecnologia de microscopia 3D, nossa equipe de pesquisadores do Reino Unido e do México conseguiu reconstruir matematicamente o rápido movimento da cauda de espermatozóides em 3D. Não apenas o tamanho dos espermatozóides os torna difíceis de estudar – sua cauda mede apenas metade da largura de um cabelo – como também é rápida.
O movimento de chicote de sua cauda é capaz de bater mais de 20 movimentos de natação em menos de um segundo . Precisávamos de uma câmera super rápida capaz de gravar mais de 55.000 fotos em um segundo montadas em um estágio oscilante rápido para mover a amostra para cima e para baixo a uma taxa incrivelmente alta – efetivamente digitalizando a cauda de espermatozóides enquanto nadava livremente em 3D.
O que descobrimos nos surpreendeu. Descobrimos que a cauda do esperma é de fato instável e apenas mexe de um lado.
Embora isso deva significar que o derrame unilateral do espermatozóide o faça nadar em círculos, ele encontrou uma maneira inteligente de se adaptar e nadar para a frente: eles rolam enquanto nadam, assim como as lontras rolam na água. Dessa forma, o golpe unilateral instável nivela à medida que o esperma rola, permitindo que ele se mova para frente.
A rotação rápida e altamente sincronizada do espermatozóide causa uma ilusão quando vista de cima com microscópios 2D – a cauda parece ter um movimento de um lado para o outro.
No entanto, essa descoberta mostra que os espermatozóides desenvolveram uma técnica de natação para compensar sua desequilíbrio. Ao fazer isso, eles também resolveram engenhosamente um quebra-cabeça matemático: criando simetria a partir da assimetria.
O corpo do esperma gira ao mesmo tempo em que a cauda gira em torno da direção da natação. O espermatozóide “perfura” o fluido como um pião girando em torno de si, enquanto seu eixo inclinado gira em torno do centro. Isso é conhecido na física como precessão , bem como a precessão dos equinócios em nosso planeta.
Os sistemas de Análise Assistida por Sêmen Assistido por Computador (CASA), em uso hoje, tanto em clínicas quanto em pesquisa, ainda usam vistas 2D do movimento do esperma. Como o primeiro microscópio de Leeuwenhoek, eles ainda são propensos a essa ilusão de simetria enquanto avaliam a qualidade do sêmen. Simetria (ou a falta dela) é uma característica de identificação que pode afetar a fertilidade .
A história científica da cauda do esperma segue o caminho de todas as outras áreas de pesquisa: os avanços na compreensão do movimento espermático dependem muito do desenvolvimento de tecnologias em microscopia, registro e, agora, modelagem matemática e análise de dados.
A tecnologia de microscopia 3D desenvolvida hoje quase certamente mudará a maneira como analisamos o sêmen no futuro.
Essa descoberta mais recente, com seu novo uso da tecnologia de microscópio 3D combinada com a matemática, pode fornecer uma nova esperança para desvendar os segredos da reprodução humana. Com mais da metade da infertilidade causada por fatores masculinos , o entendimento da cauda do esperma humano é fundamental para futuras ferramentas de diagnóstico para identificar espermatozóides não saudáveis e melhorar a fertilidade .
Hermes Gadêlha , Professor Sênior em Matemática Aplicada e Modelagem de Dados, Universidade de Bristol .
Este artigo foi republicado da The Conversation sob uma licença Creative Commons.
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