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Mouvement des spermatozoïdes vers l'ovule


Le sperme nage à travers le sperme et atteint l'œuf haploïde dans l'oviducte pendant la fécondation.

  • Une fois que le sperme atteint le col de l'utérus, par quoi le sperme nage-t-il pour atteindre l'ovule ?

  • L'utérus est-il complètement rempli d'un liquide qui permet le mouvement des spermatozoïdes, ou les spermatozoïdes nagent-ils seulement à travers l'endomètre (muqueuse utérine) ?


Une fois que le sperme atteint le col de l'utérus, par quoi le sperme nage-t-il pour atteindre l'ovule ?

Il nage à travers la glaire cervicale. Les spermatozoïdes humains nagent en ligne droite dans la glaire cervicale.

L'utérus est-il complètement rempli d'un liquide qui permet le mouvement des spermatozoïdes, ou les spermatozoïdes nagent-ils seulement à travers l'endomètre (muqueuse utérine) ?

Oui, l'utérus est complètement rempli de liquide utérin. Ils sont attaqués par de nombreux leucocytes tout en étant aidés par diverses contractions.

Je suggérerais de lire la critique de Suarez 2006. Il contient de très bonnes informations sur toutes les étapes du moment du sperme.


Un coup de génie : de nouvelles recherches montrent que les spermatozoïdes ne glissent pas – ils tirent-bouchon

En 1677, Antonie van Leeuwenhoek avait déjà commencé à façonner son héritage en tant que « père de la microbiologie ». En plus de construire ses propres microscopes, le scientifique principalement autodidacte a été le premier à étudier les micro-organismes dans l'eau des étangs, les appelant animalcules. Ainsi, lorsqu'un étudiant en médecine nommé Johan Ham a observé quelque chose qui semblait être vivant dans un spécimen de sperme humain, il l'a apporté à van Leeuwenhoek.

À travers l'objectif du microscope, van Leeuwenhoek l'a également vu : une « petite noix de terre avec une longue queue » que nous connaissons maintenant sous le nom de spermatozoïde. Après avoir examiné certains de ses propres spécimens, van Leeuwenhoek a affirmé que les spermatozoïdes se propulsent vers l'avant avec «le mouvement de leur queue comme celui d'un serpent ou d'une anguille nageant dans l'eau».

Pendant près de 350 ans, les scientifiques ont soutenu l'affirmation de van Leeuwenhoek selon laquelle les spermatozoïdes humains se déplacent dans le liquide en fouettant leur queue d'un côté à l'autre. Mais une nouvelle étude publiée dans Avancées scientifiques montre que ces petites noix de terre effrontées ne rampent pas du tout comme des anguilles. Au lieu de cela, ils tirent le bouchon comme des loutres.

Un groupe de chercheurs du Royaume-Uni et du Mexique a utilisé une caméra à haute vitesse et d'autres appareils de microscopie pour capturer le mouvement d'un spermatozoïde en 3D, ce qui a révélé que sa queue ne fouettait en fait que d'un côté - et si vous avez déjà essayé de ramer un bateau avec une seule rame, vous savez probablement que rester d'un côté vous fera tourner en rond. Les spermatozoïdes, cependant, ont trouvé une solution intelligente. Ils font pivoter leur corps chaque fois que leur queue frappe latéralement, ce qui les pousse vers l'avant dans un mouvement de tire-bouchon.

La raison pour laquelle l'observation originale de van Leeuwenhoek est restée incontestée pendant si longtemps est principalement due au fait que les scientifiques ont continué à visualiser le sperme avec la technologie 2D. Sans profondeur, vous ne pouvez pas dire que le corps du sperme tourne et que la queue semble simplement se déplacer de chaque côté, plutôt que de terminer une rotation. Et comme Hermes Gadêlha, conférencier à l'Université de Bristol et co-auteur de cette étude, l'a expliqué dans son article pour The Conversation, la taille et la vitesse des spermatozoïdes les rendent difficiles à observer de près. En moins d'une seconde, ils peuvent effectuer une vingtaine de propulsions.

Bien que cette étude soit importante pour le simple facteur de choc de réaliser que nous nous trompons depuis des siècles, elle pourrait également avoir un impact sur les recherches futures sur les causes de l'infertilité masculine. En d'autres termes, mieux comprendre comment les spermatozoïdes se déplacent vers les ovules peut nous aider à comprendre pourquoi certains y parviennent plus facilement que d'autres.


Le voyage d'un spermatozoïde de moustique de l'éjaculat mâle à l'ovule : mécanismes, molécules et méthodes d'exploration

Le sort du sperme de moustique dans l'appareil reproducteur féminin a été abordé de manière sporadique et incomplète, ce qui entraîne des lacunes importantes dans notre compréhension des interactions spermatozoïdes-femelles qui conduisent finalement à la fécondation. Comme pour les autres diptères, les spermatozoïdes de moustique ont un voyage complexe jusqu'à leur destination ultime, l'ovule. Après la copulation, les spermatozoïdes passent peu de temps sur le site d'insémination où ils sont hyperactivés et se rassemblent rapidement près de l'entrée des canaux spermathécaux. En quelques minutes, ils remontent les conduits étroits jusqu'aux spermathèques, probablement grâce aux efforts combinés du transport féminin et de la locomotion des spermatozoïdes. La femelle se nourrit de sperme et les maintient dans ces organes de stockage permanents toute sa vie. Lorsqu'elle est prête, la femelle coordonne la libération du sperme avec l'ovulation et l'ovule descendant est fécondé. Bien que ce processus ait été bien étudié par microscopie, de nombreuses questions subsistent concernant les processus moléculaires qui coordonnent la motilité des spermatozoïdes, leur déplacement dans l'appareil reproducteur, leur entretien et leur utilisation. Dans cette revue, nous décrivons la compréhension actuelle du voyage du sperme d'un moustique jusqu'à l'ovule, en soulignant les lacunes dans nos connaissances sur la biologie de la reproduction des moustiques. Lorsque des informations insuffisantes sont disponibles sur les moustiques, nous décrivons des processus analogues dans d'autres organismes, tels que Drosophila melanogaster, comme base de comparaison, et nous suggérons de futurs domaines de recherche qui éclaireront comment les spermatozoïdes traversent avec succès l'appareil reproducteur féminin. De telles études peuvent produire des cibles moléculaires qui pourraient être manipulées pour contrôler les populations d'espèces vectrices. Mol. Reprod. Dév. 83 : 897-911, 2016 © 2016 Wiley Periodicals, Inc.

© 2016 Wiley Periodicals, Inc.

Les figures

Appareil reproducteur typique de la femelle…

Appareil reproducteur typique des moustiques Culicinae femelles. UNE : Schéma sagittal simplifié avec…

Modèle image par image du trajet du sperme…

Modèle image par image du trajet des spermatozoïdes à travers l'appareil reproducteur féminin de Culicinae à partir de l'insémination (…

Coupe sagittale du Aèdes…

Coupe sagittale du Aedes aegypti appareil reproducteur féminin (Jobling et Lewis, 1987).…

Analogue de la figure 2, avec un texte indiquant des aspects inexplorés, sous‐étudiés et mal compris…


Des chercheurs découvrent comment le sperme humain nage vraiment

En 1677, Anton van Leeuwenhoek, scientifique néerlandais et inventeur du premier microscope composé, a finalement cédé à la pression de ses collègues et a utilisé l'outil pour examiner son propre sperme. Les « animalcules » frétillants qu'il a décrits seraient connus sous le nom de spermatozoïdes individuels ou de spermatozoïdes. Chacun avait une tête arrondie et, pensa van Leeuwenhoek, une queue qui se déplaçait d'un côté à l'autre pour la projeter à travers le fluide. Jusqu'à présent, à peu près tout ce que les scientifiques savent sur le mouvement du sperme humain était basé sur les observations primitives de van Leeuwenhoek. Mais un article publié aujourd'hui dans Avancées scientifiques a bouleversé environ 350 ans d'hypothèses sur la reproduction, la plus essentielle des fonctions biologiques.

"Il y a juste une désinformation complète dans presque toute l'histoire de la compréhension de la biologie fonctionnelle du sperme, et elle doit être corrigée, mais c'est un vrai défi", déclare Scott Pitnick, un biologiste évolutionniste qui étudie la biologie du sperme à l'Université de Syracuse et qui a été pas impliqué dans l'étude. “Et c'est l'une des premières études qui a vraiment relevé ce défi et résolu une sorte de problème complexe.”

À l'aide de la microscopie 3D et d'analyses mathématiques avancées, une équipe internationale de chercheurs de l'Université de Bristol en Angleterre et de l'Universidad Nacional Autonoma de Mexico a découvert que le mouvement serpentin de la queue du sperme humain est une illusion d'optique. Plutôt que de se déplacer d'un côté à l'autre, les queues de sperme ne tournent en fait que dans une seule direction. Sans autres ajustements, un coup unilatéral ferait nager les spermatozoïdes en rond et n'atteindrait jamais leur destination, l'ovule femelle. Pour compenser, les scientifiques ont découvert que le corps ou la tête du sperme tourne indépendamment dans un mouvement de tire-bouchon dans la direction opposée, permettant à la cellule entière d'avancer en ligne droite.

"Nous ne nous attendions pas à trouver ce que nous avons trouvé", déclare Hermes Gadêlha, directeur du Polymaths Lab de l'Université de Bristol et auteur principal de l'étude. “L'objectif du projet était une recherche ‘blue sky’ [ou large], pour comprendre comment les spermatozoïdes se déplacent en trois dimensions. Et le résultat a complètement changé notre système de croyances.”

Les limites de la description de van Leeuwenhoek de la motilité des spermatozoïdes n'étaient pas de sa faute, il utilisait la technologie la plus avancée disponible à l'époque. “Pour voir le vrai mouvement, vous devriez nager avec la cellule, et la façon dont vous le faites, c'est presque comme si vous pouviez obtenir une caméra GoPro et l'attacher à la tête du sperme, et regarder la queue, ” dit Gadêlha.

Pour obtenir une image précise de la façon dont un spermatozoïde se déplace, Gadêlha et son équipe ont suspendu verticalement le sperme dans une solution. Ils ont placé la solution de sperme dans un microscope 3D stabilisé pour rechercher le mouvement alors qu'une caméra à grande vitesse enregistrait plus de 55 000 images par seconde sous de nombreux angles. Ils ont également attaché un dispositif piézoélectrique—qui mesure les changements de pression, d'accélération et de force en convertissant ces propriétés en charges électriques—au microscope 3D. Cet appareil recueillait des informations sur le mouvement des spermatozoïdes à un niveau de résolution submicronique, inférieur à un millionième de mètre. En exécutant les données combinées recueillies à partir de toutes les machines grâce à des transformations mathématiques avancées, les scientifiques ont pu trouver des moyennes de mouvement et « voir la vraie directionnalité des queues.

Chaque spermatozoïde se déplaçait comme une toupie, tournant autour de son propre axe, et également autour d'un axe médian. "Ce que la nature nous dit, c'est qu'il y a plus d'une façon d'atteindre la symétrie", dit Gadêlha. “Les spermatozoïdes utilisent l'asymétrie pour créer une symétrie.”

Les spermatozoïdes humains ne sont pas les seuls micro-organismes à fonctionner de cette façon. Les spermatozoïdes de souris et de rat et les flagelles de Chlamydomonas, un type d'algue verte, ont également des mouvements asymétriques et une forme asymétrique sous-jacente. Cela, dit Gadó234lha, peut être révélateur de l'universalité des structures organisationnelles à travers les espèces.

Il est difficile de quantifier si le mouvement d'un spermatozoïde est le moyen le plus efficace de nager. « Nous aimons penser que la nature optimise les choses, mais nous devons toujours nous rappeler qu'il existe de nombreux aspects concurrents. Un spermatozoïde n'est pas seulement fait pour nager et trouver l'ovule, il doit trouver des indices chimiques, réagir à différentes viscosités, s'activer », explique Gadêlha. “À chaque étape, vous avez besoin d'un nouveau super pouvoir qui vous permette de faire ces choses.”

Pour comprendre l'évolution des mécanismes structurels au sein d'un organisme, dit Pitnick, il s'agit de comprendre le concept biologique familier de la fonction d'ajustement de forme, la forme de quelque chose est conçue pour le travail qu'il est censé accomplir. Pour vraiment comprendre le sperme, il doit être observé dans son environnement sélectif prévu, l'appareil reproducteur féminin, que les scientifiques doivent également étudier davantage. « La femelle est un environnement tridimensionnel complexe. », explique Pitnick. « Et nous ne savons pas grand-chose à ce sujet, et en partie cela n'est qu'un préjugé masculin historique et obscène dans la biologie. »

La queue du sperme se déplace de manière asymétrique, remuant la queue d'un seul côté. Cela provoque la rotation du sperme en 3D. (polymaths-lab.com)

Les médecins pensent que cette nouvelle découverte montrant comment les spermatozoïdes se déplacent peut aider à traiter l'infertilité, une maladie qui affecte environ 50 millions de couples dans le monde. Les facteurs biologiques masculins sont seuls responsables d'une moyenne de 20 à 30 pour cent des cas d'infertilité, et contribuent à environ 50 pour cent au total. Pourtant, ces statistiques sont biaisées en fonction des pays où les données de FIV et d'autres traitements de fertilité sont courantes, de sorte que les facteurs liés au sperme pourraient être encore plus importants que ceux enregistrés. « [L'infertilité masculine] est vraiment assez courante, peut-être plus courante que le grand public ne le pense", déclare Cori Tanrikut, urologue de la reproduction au Shady Grove Fertility Center dans le Maryland. « Et en ce moment, si vous voulez réfléchir à cette étude, actuellement, nous avons vraiment des moyens limités pour améliorer ou optimiser la motilité des spermatozoïdes. »

Plus les scientifiques comprendront avec précision la biologie moléculaire fondamentale de la motilité des spermatozoïdes, mieux les médecins seront en mesure de résoudre les problèmes de motilité associés à l'infertilité, explique Tanrikut. Elle espère que les connaissances acquises grâce à ses futurs travaux sur le terrain l'aideront à proposer aux patientes des options de traitement de la fertilité moins agressives, voire à améliorer leurs chances de concevoir sans assistance.

Les implications de la découverte de Gadí et de son équipe pourraient également aller bien au-delà de la portée de ce que cette étude démontre sur le sperme. La cellule en tant qu'organisme effectue des calculs et des corrections inconscients, ajustant les schémas de couple et de mouvement en fonction des conditions qui l'entourent. La compréhension de ces mécanismes pourrait éclairer la recherche en robotique douce et la science des matériaux. L'un des étudiants de Gadíha, par exemple, examine comment les légères oscillations indétectables du corps pourraient être utiles pour développer des prothèses de pied et de cheville.

À propos de Courtney Sexton

Courtney Sexton, écrivaine et chercheuse basée à Washington, DC, étudie les interactions homme-animal. Elle est membre 2020 de l'AAAS Mass Media Fellow et co-fondatrice et directrice de The Inner Loop, une organisation à but non lucratif pour les écrivains.


L'enzyme essentielle au mouvement du sperme constitue une cible pour une nouvelle approche contraceptive

Une équipe de chercheurs a déterminé qu'une enzyme dans le sperme est nécessaire au mouvement du sperme. Les souris élevées sans cette enzyme produisent des spermatozoïdes qui ne peuvent pas nager vers les ovules pour les fertiliser.

L'enzyme, connue sous le nom de GAPDS, est essentiellement la même qu'une enzyme produite dans le sperme humain. Les chercheurs pensent que la conception d'un médicament pour désactiver l'enzyme pourrait constituer la base d'une nouvelle forme efficace de contraception masculine. De même, une compréhension de l'enzyme et des réactions chimiques associées pourrait permettre de mieux comprendre le traitement de certaines formes d'infertilité masculine.

"Actuellement, les tentatives de conception d'un contraceptif masculin impliquent la manipulation d'hormones mâles", a déclaré Duane Alexander, M.D., directeur du NICHD. "Cette découverte fournit une nouvelle piste prometteuse qui pourrait permettre le développement d'un contraceptif qui cible uniquement les spermatozoïdes et n'affecte pas les niveaux d'hormones naturelles."

Les enzymes sont des composés chimiques qui aident à une réaction chimique.

L'étude a été financée par le National Institute of Child Health and Human Development des National Institutes of Health, et paraîtra dans les Actes de la National Academy of Sciences Online Early Edition la semaine du 15 novembre 2004.

GAPDS, abréviation de glycéraldéhyde 3-phosphate déshydrogénase-S, est une enzyme clé dans une série de réactions biochimiques connues sous le nom de glycolyse. Cette série de réactions produit de l'ATP, une sorte de carburant cellulaire qui fournit de l'énergie pour les activités de la cellule. Le GAPDS ne se trouve que dans les spermatozoïdes (le « S » final dans l'acronyme signifie sperme) et les cellules précurseurs qui donnent naissance aux spermatozoïdes. Cependant, une enzyme apparentée est présente dans pratiquement toutes les cellules du corps.

Le GAPDS se trouve dans le flagelle du sperme, la queue en forme de serpent qui se déplace d'avant en arrière pour propulser le sperme vers l'avant. Dans des études antérieures, les chercheurs ont découvert que la glycolyse jouait un rôle dans le mouvement des spermatozoïdes, mais ne savaient pas quelle part de la quantité totale d'ATP dans le sperme résultait de la glycolyse. Avant la présente étude, la plupart des chercheurs pensaient que la majeure partie de l'ATP pour le mouvement de la queue provenait en grande partie de corps cellulaires appelés mitochondries, censés générer plus d'ATP que la glycolyse.

Dans la présente étude, le Dr Deborah O'Brien, Ph.D., de la faculté de médecine de l'Université de Caroline du Nord à Chapel Hill et ses collègues ont cherché à déterminer si les spermatozoïdes ont besoin de GAPDS et de glycolyse pour aller de l'avant et féconder les ovules. À l'aide de techniques de génétique moléculaire, ils ont généré une souche de souris génétiquement incapables de produire des GAPDS. Bien que les souris se soient accouplées normalement avec des souris femelles réceptives, les femelles ne sont pas tombées enceintes. Lorsque les chercheurs ont examiné le sperme des souris au microscope, le sperme n'a montré qu'un léger mouvement latéral, mais était incapable d'avancer.

"Nous avons été très surpris de cette découverte", a déclaré le Dr O'Brien. "Il s'est avéré que presque toute la motilité des spermatozoïdes et la production d'ATP dépendaient de cette enzyme."

À ce stade, les chercheurs savent que les spermatozoïdes dépourvus de GAPDS ne peuvent pas nager vers l'ovule, mais ils n'ont pas mené d'études pour déterminer si les spermatozoïdes déficients en GAPDS pourraient féconder les ovules avec lesquels ils sont mis en contact.

L'étude du Dr O'Brien a été financée dans le cadre du programme des centres coopératifs spécialisés du NICHD dans la recherche sur la reproduction, qui cherche à identifier des composés qui pourraient servir de base à de nouvelles formes de contraception et fournir des informations qui pourraient être utiles dans le traitement de l'infertilité.

La forme humaine de GAPDS est connue sous le nom de GAPD2, a expliqué Louis De Paolo, Ph.D., de la Direction des sciences de la reproduction du NICHD, administrateur du programme des centres spécialisés. Un médicament qui interfère avec l'enzyme pourrait fournir un moyen efficace de contraception masculine non hormonale.

Une possibilité, a-t-il ajouté, serait un médicament que les hommes pourraient prendre pour interférer avec la motilité des spermatozoïdes. Une autre possibilité serait un médicament qui pourrait se déposer dans l'appareil reproducteur féminin, ce qui pourrait arrêter le mouvement des spermatozoïdes lorsqu'ils entrent en contact avec celui-ci.

Le Dr De Paolo a noté que les tentatives actuelles de conception d'une pilule contraceptive masculine impliquent des médicaments qui arrêtent temporairement le fonctionnement des testicules. Ces médicaments suppriment non seulement la production de spermatozoïdes, mais également la production de testostérone, une hormone mâle, nécessaire au fonctionnement normal de la reproduction. De tels traitements impliquent généralement le remplacement de la testostérone manquante par des moyens artificiels et un processus qui pourrait augmenter le risque de cancer de la prostate. Un médicament qui interférait avec GAPD2 laisserait les niveaux de testostérone inchangés, a-t-il déclaré.

De même, l'étude du fonctionnement de GAPD2 pourrait fournir des informations qui pourraient conduire à des traitements pour l'infertilité masculine.

"Une étude a montré que dans un échantillon d'hommes infertiles, environ 81 pour cent avaient des spermatozoïdes avec des défauts de motilité", a déclaré le Dr De Paolo.

Certains de ces hommes pourraient avoir un défaut génétique qui interfère avec la production normale de GAPD2, a-t-il ajouté. Un médicament qui a restauré le fonctionnement de GAPD2 pourrait fournir un traitement pour leur infertilité. Des défauts moléculaires similaires dans la voie de la glycolyse qui produit l'ATP pourraient également interférer avec le mouvement des spermatozoïdes et pourraient faire l'objet d'autres traitements.

"Cette découverte a ouvert plusieurs nouvelles possibilités passionnantes pour de futures études sur la régulation de la fertilité masculine", a-t-il déclaré.


Les oiseaux ont besoin de plusieurs spermatozoïdes pour pénétrer dans les œufs afin d'assurer un développement embryonnaire normal

Contrairement aux humains, les oiseaux ont besoin de plusieurs spermatozoïdes pour pénétrer dans un ovule afin de permettre à leurs poussins de se développer normalement.

Une nouvelle étude menée par des scientifiques de l'Université de Sheffield a révélé qu'il existe un rôle fonctionnel pour les spermatozoïdes « extra » dans les premiers stades du développement de l'embryon. Ceci est très différent des humains et des autres mammifères où l'entrée de plus d'un spermatozoïde dans un ovule est mortelle.

Les chercheurs ont également découvert que les oiseaux femelles sont capables de réguler le nombre de spermatozoïdes qui parviennent à l'ovule, garantissant ainsi qu'une quantité suffisante de spermatozoïdes est disponible pour la fécondation, en particulier lorsque le nombre de spermatozoïdes inséminés est limité.

L'étude, dirigée par le Dr Nicola Hemmings du Département des sciences animales et végétales de l'Université, donne un aperçu de la signification biologique de la polyspermie, qui est un casse-tête majeur en biologie de la reproduction.

C'est une question de longue date dans le monde naturel de savoir si les spermatozoïdes supplémentaires qui pénètrent dans l'œuf d'un oiseau ont un rôle à jouer dans la fécondation ou le développement précoce de l'embryon. La recherche pionnière montre que lorsque très peu de spermatozoïdes pénètrent dans l'œuf d'un oiseau, l'embryon a peu de chances de survivre.

Le Dr Hemmings a expliqué : « Nos recherches montrent que, contrairement aux humains et aux autres mammifères, un seul spermatozoïde n'est pas suffisant pour assurer le développement normal de l'embryon chez les oiseaux.

"Lorsqu'un seul spermatozoïde pénètre dans l'œuf d'oiseau, la fécondation peut se produire normalement, mais l'embryon qui en résulte mourra probablement à un stade très précoce. C'est surprenant car lorsque plus d'un spermatozoïde pénètre dans l'œuf humain ou de mammifère - un processus que nous appelons polyspermie -- l'œuf est détruit.

"La polyspermie a généralement été considérée comme mauvaise pour la reproduction, mais nos résultats suggèrent que, dans certains groupes d'animaux, la polyspermie peut en fait être nécessaire."

La recherche est publiée aujourd'hui (mercredi 28 octobre 2015) dans la revue Actes de la Royal Society B.

Le Dr Hemmings a ajouté : "Ces découvertes fournissent une extension passionnante de notre vision du rôle du sperme dans la fécondation. Il est fascinant de spéculer sur la façon dont le sperme "supplémentaire" contribue aux premiers stades de la formation et du développement de l'embryon. "


Cet article m'intéressait parce que je n'avais jamais pensé au fait que la manière dont la biologie de la reproduction est enseignée correspond à la manière stéréotypée dont les hommes et les femmes sont dépeints. Un paragraphe de l'article d'Emily Martin « L'œuf et le sperme » qui m'a vraiment marqué était :

« La dégénérescence se poursuit tout au long de la vie d'une femme : à la puberté, il reste 300 000 ovules, et seuls quelques-uns sont présents à la ménopause. « Au cours des quelque 40 années de vie reproductive d'une femme, seuls 400 à 500 ovules auront été libérés », écrivent les auteurs. « Tout le reste aura dégénéré. C'est toujours un mystère pourquoi tant d'ovules ne se forment que pour mourir dans les ovaires. En supposant qu'un homme « produise » 100 millions (10 ') de spermatozoïdes par jour (une estimation prudente) au cours d'une vie reproductive moyenne de soixante ans, il produirait bien plus de deux mille milliards de spermatozoïdes au cours de sa vie. En supposant qu'une femme «mûrit» un œuf par mois lunaire, ou treize par an, au cours de ses quarante ans de vie reproductive, elle totaliserait cinq cents œufs au cours de sa vie. Mais le mot « déchet » implique un excès, trop produit. En supposant deux ou trois petits, pour chaque bébé qu'une femme produit, elle ne gaspille qu'environ deux cents œufs. Pour chaque bébé qu'un homme produit, il gaspille plus d'un billion (10 12 ) de spermatozoïdes.

Je pense que ce paragraphe est important car l'un des éléments de l'article qu'il souligne est que les femmes et leur corps sont inférieurs aux hommes. L'exemple que cela utilise en relation avec la biologie de la reproduction est qu'une femme a un certain nombre d'ovules au moment de la puberté. Au cours de la vie reproductive d'une femme, seule une infime fraction de ceux-ci sera libérée, et seulement plusieurs deviendront réellement un enfant, selon le nombre d'enfants qu'elle a. Chez les hommes, il y a des millions et des millions de spermatozoïdes qui sont « gaspillés ». Pourtant, ce sont les femmes qui sont considérées comme celles qui gaspillent leurs ovules. Alors que les œufs des femmes sont ceux qui ont en fait le processus le plus long pour devenir un être humain, ce sont eux qui sont considérés comme inférieurs. Je ne pense pas que ce soit intentionnel que les femmes et leur corps soient décrits comme moins importants ou négatifs. Cependant, le fait est qu'ils sont décrits comme inférieurs, et je me demande simplement si ce point pourrait être mentionné dans les manuels. Je pense également que l'égalité et l'exactitude des processus doivent être soulignées.

Une pensée que ce paragraphe a soulevée était l'avortement, et le débat sur cette question en ce moment. Ce paragraphe disait qu'un ovule ou un spermatozoïde sont "gaspillés" s'ils ne sont pas joints et fécondés, ce qui implique que la vie commence à la conception. Je pense que ce paragraphe pourrait être contesté en demandant, quand exactement commence la vie, et sont-ils vraiment gaspillés si la vie est considérée comme étant après le premier trimestre, ou quoi que ce soit. Mon point de vue personnel est que, si les ovules et le sperme ne se rencontrent pas et ne forment pas un enfant, je ne considère pas vraiment que ce soit du gaspillage. Je ne pense pas que notre corps et notre sexe ont été conçus simplement pour la reproduction. Je ne sais pas pourquoi environ un billion de spermatozoïdes sont dans une émission de sperme et un seul est nécessaire pour créer la vie. Je ne sais pas non plus pourquoi un ovule est libéré d'un ovaire tous les mois, mais seuls quelques-uns PEUVENT être utilisés pour la grossesse. Mais si ces cellules étaient vraiment complètement gaspillées, je ne pense pas que nos corps fonctionneraient comme ça.

Un autre paragraphe qui s'est démarqué était :

« Dans cette récente enquête, les chercheurs ont commencé à se poser des questions sur la force mécanique de la queue du sperme. (L'objectif du laboratoire était de développer un contraceptif qui fonctionnait topiquement sur le sperme.) Ils ont découvert, à leur grande surprise, que la poussée vers l'avant du sperme est extrêmement faible, ce qui contredit l'hypothèse selon laquelle les spermatozoïdes sont de puissants pénétrateurs.4O Plutôt que de pousser vers l'avant, on voyait maintenant la tête du spermatozoïde se déplacer principalement d'avant en arrière. Le mouvement latéral de la queue du spermatozoïde fait bouger la tête latéralement avec une force dix fois plus forte que son mouvement vers l'avant. Ainsi, même si la force globale du sperme était suffisamment forte pour briser mécaniquement la zone, la majeure partie de sa force serait dirigée latéralement plutôt que vers l'avant. En fait, sa tendance la plus forte, décuplée, est de s'échapper en tentant de s'arracher à l'œuf. Les spermatozoïdes doivent donc être exceptionnellement efficaces pour s'échapper de toute surface cellulaire avec laquelle ils entrent en contact. Et la surface de l'ovule doit être conçue pour piéger les spermatozoïdes et empêcher leur fuite. Sinon, peu ou pas de spermatozoïdes atteindraient l'ovule.

Tout d'abord, j'ai été surpris que celui qui a fait cette recherche soit QUE soucieux de savoir qui est le mieux représenté (hommes ou femmes), qu'ils aient regardé aussi profondément la façon dont les spermatozoïdes se déplacent. Cela a probablement été fait à l'origine juste pour voir comment le processus fonctionnait, mais peu importe, quelqu'un a regardé si profondément et l'a comparé à la façon dont les hommes et les femmes sont perçus dans la société. Cependant, je suis content qu'ils l'aient fait. Je pense que ce paragraphe englobe un point de vue qui représente la force des femmes, et comment nous et ce que nous avons à offrir. Dans ce cas, un ovule qui résiste au sperme et ne le laisse pas simplement pénétrer passivement.

J'étais confus par le fait que l'article disait que la "tendance la plus forte du sperme, décuplée, est de s'échapper en essayant de s'arracher de l'ovule". Cela m'a dérouté parce que je ne savais pas comment cela était lié à la dynamique hommes/femmes. Cela rendait le côté féminin des choses plus puissant et dominant, ce qui est un trait plus masculin. Je comprends qu'ils essayaient de souligner que l'œuf, ou les femmes, ne sont pas ces parties faibles qui n'ont pas d'importance. Cependant, je suppose que je pensais qu'il était censé souligner que nous sommes égaux. J'ai l'impression que peu importe de quel côté vous prenez les questions de genre, l'un est toujours décrit comme meilleur ou plus puissant que l'autre. Je pense que nous avons été créés pour être égaux, et nous ne sommes tout simplement pas décrits comme cela.

Dans l'ensemble, j'ai aimé l'article. C'était facile à lire, et je n'avais jamais vu la biologie de la reproduction dépeinte de cette manière auparavant, et je n'y avais jamais pensé comme ça. J'ai pensé qu'il était intéressant de voir le problème de cette façon, et de creuser dans la façon dont nos processus de reproduction devraient être enseignés et discutés.


Informations sur l'étude

Étude publiée le: 31 juillet 2020

Auteur(s) de l'étude: Hermes Gadêlha, Paul Hernández-Herrera, Fernando Montoya, Alberto Darszon et Gabriel Corkidi

L'étude a été réalisée à: Université de Bristol et Universidad Nacional Autónoma de México

L'étude a été financée par: H.G. et P.H.-H. reconnaître le soutien de la Dirección General de Asuntos del Personal Académico PREI/UNAM DGAP/DFA/2337/2018 et la bourse CJIC/CTIC/0961/2019. H.G. reconnaît le soutien de DTP EPSRC. G.C. et A.D. reconnaissent le soutien financier du Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología Conacyt 253952, 255914 et Fronteras 71.

Disponibilité des données brutes: Disponibilité des données et du matériel : Toutes les données nécessaires pour évaluer les conclusions de l'article sont présentes dans l'article et/ou dans les documents supplémentaires. Des données supplémentaires relatives à cet article peuvent être demandées aux auteurs. https://advances.sciencemag.org/content/6/31/eaba5168/tab-figures-data

Crédit image en vedette: Image parGerd Altmann de Pixabay


Quand le sperme rencontre l'ovule

La liaison spermatozoïde-œuf est médiée par deux protéines de surface cellulaire. L'analyse structurelle de ces protéines séparément et en complexe donne un aperçu du processus de reconnaissance et de la fusion spermatozoïde-œuf qui s'ensuit. Voir les lettres p.562 & p.566

Une interaction entre deux protéines - Izumo1, qui est produite par le sperme, et Juno, son récepteur sur les ovules - permet la fécondation humaine. Cependant, les détails de cette interaction ont été insaisissables. Dans deux articles, Aydin et al. 1 (page 562) et Ohto et al. 2 (page 566) présentent les structures d'Izumo1, Juno et les deux protéines en complexe, déterminées par cristallographie aux rayons X à une résolution de niveau atomique.

Après la copulation humaine, les spermatozoïdes mobiles se déplacent vers les œufs dans les trompes de Fallope de la femelle. L'environnement acide de l'appareil reproducteur féminin déclenche une étape d'activation, au cours de laquelle les spermatozoïdes deviennent hypermobiles et pénètrent dans la couche protectrice externe de l'ovule. Une deuxième étape d'activation se produit lorsque ou peu de temps avant que le spermatozoïde se lie à la zone pellucide - la couche interne dure qui entoure l'ovule. Au cours de cette étape, l'acrosome - un organite à l'extrémité de la tête du sperme - libère des enzymes digestives qui décomposent la zone pellucide. Cette réaction acrosomiale permet aux spermatozoïdes de se lier à Juno sur la membrane de l'ovule, après quoi les membranes des deux cellules fusionnent et les cellules fusionnent. À son tour, l'ovule libère des enzymes qui réticulent les glycoprotéines de la zone pellucide pour la rendre impénétrable, empêchant la fécondation par plusieurs spermatozoïdes (polyspermie) 3,4.

Izumo1, qui porte le nom d'un sanctuaire matrimonial japonais, a été identifié pour la première fois en 2005 par sa liaison à un anticorps qui bloquait la fusion spermatozoïde-ovule 5 . La protéine reste cachée intracellulairement dans la membrane acrosomale interne jusqu'à ce que la réaction acrosomiale se produise, lorsque la membrane interne devient une partie de la surface cellulaire. Junon, du nom de la déesse romaine de l'amour et du mariage, a été identifiée près d'une décennie plus tard 6 comme une protéine ancrée dans la membrane nécessaire à la fertilité féminine, à la fusion membrane spermatozoïde et à la liaison aux œufs par Izumo1. Une structure de souris Juno a été publiée cette année 7 , et une autre le sera bientôt dans Communication Nature 8 . Mais les structures du domaine extracellulaire d'Izumo1, Juno humain et le complexe Juno-Izumo1 sont restées inconnues.

Juno s'appelait à l'origine récepteur de folate δ et partage près de 60 % d'identité d'acides aminés avec les récepteurs de folate humains 6 (récepteurs de l'acide folique et de ses dérivés). Les structures de Juno de souris 7,8 et les études actuelles révèlent que la protéine a un repliement presque identique à celui des récepteurs de folate 9,10 : globulaire, stabilisé par huit liaisons disulfure (S–S) et avec un profond, ligand- poche de reliure. Mais plusieurs résidus d'acides aminés clés dans la poche de liaison au ligand de Juno diffèrent de ceux des récepteurs du folate, ce qui est cohérent avec le fait que Juno ne peut pas se lier aux folates 4 .

Both groups find that the extracellular region of Izumo1 has two domains — a four-helix bundle at the protein's amino terminus and an immunoglobulin-like domain at the carboxy terminus. The two domains are connected by a hinge region consisting of a β-hairpin structure with loops at either end that are anchored to the two folded domains by disulfide bonds. The researchers show that Izumo1 and Juno form a high-affinity complex in a 1:1 ratio. A surface of Juno distant from the pocket binds the outside of the hinge and makes contacts with both Izumo1 domains (Fig. 1).

Aydin et al. 1 and Ohto et al. 2 have solved the structures of the human sperm protein Izumo1 and its egg receptor Juno. Izumo1 is shown in ribbon form and Juno in a surface representation. Izumo1 consists of two folded domains on either side of a connecting hinge (orange). When Izumo1 is in its free state, the hinge is more flexible and may allow the protein to adopt more-bent conformations than when it is bound to Juno (possible conformation change indicated by black arrow). Juno binding stabilizes the hinge, fixing it in an elongated conformation. This might expose disulfide bonds (S–S yellow) for disulfide-exchange reactions to promote Izumo1 dimerization and subsequent sperm–egg membrane fusion.

Ohto and colleagues crystallized structures of free and Juno-bound Izumo1 in the same elongated conformation. By contrast, Aydin et al. report that Izumo1 alone adopts a boomerang-shaped conformation, in which the hinge is almost 40° more closed than that of Juno-bound Izumo1. The authors validated the approximate shape using a technique known as small-angle X-ray scattering. This provides low-resolution structural information about the protein in solution, thereby avoiding potential conformational biases that can arise in X-ray crystallography owing to crystal packing. These data indicate that the boomerang-shaped conformation is probably the predominant conformation of Izumo1 in solution. Moreover, although Juno binds to the outer hinge surface, the region most strongly stabilized by this binding seems to be inside the hinge. This suggests that the hinge can adopt different positions in Izumo1 alone, but that Juno fixes the conformation of Izumo1 by simultaneously binding to both domains.

Although binding interfaces are typically the most evolutionarily conserved surfaces of proteins, the Izumo1–Juno interface is less conserved than the remainder of either protein. Both groups suggest that variation at the binding surfaces might contribute to species specificity during fertilization, because sperm–egg fusions retain some specificity even if the zona pellucida (the main block to cross-species fertilization) is removed 11 . Ohto and colleagues introduced genetic mutations into mouse Izumo1 that strongly reduced the affinity of the Izumo1–Juno interaction. Expression of wild-type Izumo1 in monkey kidney cells (which do not normally express Izumo1) enabled these cells to bind efficiently to mouse eggs that lacked the zona pellucida, whereas cells that expressed the mutant protein could not. These results clearly confirm the interface identified in these structures and its importance in mediating sperm–egg docking.

Why would a protein-binding receptor evolve from a folate receptor? It is tempting to speculate that an unidentified, non-folate ligand might bind the pocket of Juno to modulate the receptor's activity. Folate receptors are exquisitely pH-sensitive and release folic acid under acidic conditions 10 , and Ohto et al. demonstrated that slight acidification drastically decreased Juno's affinity for Izumo1. Together, ligand binding and pH changes could enable Juno to regulate Izumo1 binding at multiple levels.

Although the interaction between Izumo1 and Juno in sperm–egg recognition and adhesion has been structurally and biophysically characterized, the transition from initial binding to membrane fusion remains unclear. Izumo1 stays in the membrane following binding, whereas Juno is shed. This shedding might rapidly block polyspermy before the slow hardening of the zona pellucida is completed 6 . Previous work 12 suggests that Izumo1 undergoes stable dimerization through a disulfide-exchange reaction, dissociating from Juno to enable recruitment of membrane-fusion machinery. Indeed, Ohto et al. provide evidence that the disulfide bonds in Izumo1 are easily broken — perhaps stabilization of Izumo1 following Juno binding could expose disulfides for exchange. Testing this hypothesis and determining how Izumo1–Juno binding triggers membrane fusion will require the identification of proteins that bind to Izumo1 after Juno shedding, and the reconstitution of events that follow initial binding in cells. Footnote 1


Movement of sperm to the egg - Biology

For fertilisation, millions of sperm cells race toward the egg by rhythmically wagging their tail. How they head to the goal straight is unknown. A new study reveals that a chemical modification on proteins controls the sperm tail’s behaviour, and in its absence, amazingly, sperm turns to swim circularly, rather than to swim straight toward the egg, causing defects in male fertility.

Credits: ParallelVision – Pixabay

Sudarshan Gadadhar is Postdoctoral Research Fellow at Institut Curie, Université Paris sciences et lettres, CNRS UMR3348, Orsay, France.

Sudarshan Gadadhar is also an author of the original article

Carsten Janke is Professor at Université Paris-Saclay, CNRS UMR3348, Orsay, France.

Carsten Janke is also an author of the original article

In-house Scientific Editor

Mammalian fertilisation is a dynamic, spectacular event. Millions of sperm race toward the egg, and only one winner can eventually fuse with it and lead to a new life. A sperm is a special type of cell with a tail-like appendage (named flagellum) allowing it to swim straight (imagine how a tadpole swims!). In a new study, we asked how a sperm heads to the goal straight.

Rhythmic movements of the sperm tail are driven by elongated stretches of protein filaments called cytoskeleton. Like the human skeleton forms the basic shape of our body, the cytoskeleton defines the shape of the cell. Beyond being an architectural framework, microtubules – key components of the cytoskeleton – help the sperm wag its tail and move forward by using in-house 'motor' proteins called dyneins. Dyneins can convert chemical energy into mechanical force, and they can do this locally by 'walking' along elongated microtubule fibres. Thousands of dyneins walk back and forth on adjacent microtubule fibres in coordination, and in turn, rhythmically bend and straighten the sperm tail. This resembles how paddles are moved in synchrony to move a galley forward. On the galley the rowers are coordinated by a supervisor, but what about the dyneins?

A chemical decoration on proteins called glycylation is likely the trick. We know this type of protein modification happens on microtubules. Interestingly, glycylated microtubules have been only found in sperm tails and similar structures. This suggests that the glycylation may give a unique function to microtubules in sperm tails, which is potentially associated with the tails' dynamic movements. However, this chemical modification has been poorly investigated and its biological meaning remains unclear.

To explore the role of microtubule glycylation in sperm tail dynamics, we used genetically engineered mice. Using mice as a model animal is beneficial because they share a very similar genetic background and physiology with humans. In other words, what happens in mice most probably occurs in humans too. We edited the DNA of mice to remove the genes that are essential for glycylation. Comparing these mice lacking glycylation with normal mice, we can understand the biological function of this chemical modification.

To our surprise, the lack of glycylation did not lead to any distinct defects in mouse behaviour and general health. However, when it comes to fertilisation, the male mice showed a reduced fertilisation capacity and an abnormal sperm swim style. Notably, the lack of glycylation altered the beat of sperm tails, which was less frequent and less symmetrical. Moreover, the sperm tails were more curved towards the sperm head. As a result, the glycylation-deficient sperm could no longer swim along a straight line and tended to swim in circles. This finding reveals that glycylation is essential for keeping the rhythmic beats of sperm tails, and important for the sperm not to get lost during the travel.

To take a deeper look, we next explored how internal architectures of a sperm tail look at the molecular scale in amazing detail using a cutting-edge microscopy named cryo electron microscopy. While the overall molecular architectures of the sperm tail were unaffected in the absence of glycylation, we found that dyneins were particularly disorganised. This suggests that glycylation on microtubules serves as the 'galley supervisor' that assures the coordinated movement of the dyneins. It also explains why the sperm turned to circularly swim when glycylation was absent.

In summary, we demonstrated that glycylation – a tiny chemical decoration on proteins – arranges dyneins along microtubules, which leads to the rhythmic movement of sperm tails and efficient fertilisation in mice. As we expect this happens in humans as well, our results shed light on a new molecular mechanism possibly causing male infertility. It's noteworthy that various cells have appendages called cilia that are structurally related to sperm tails. Dysfunctional cilia with the lack of motility cause diseases called ciliopathies, which widely affect different organs. Since microtubule glycylation is also present in cilia, future studies will extend our understanding of the potential roles of glycylation in health and disease.


The Long, Winding Tale of Sperm Science

Scott Pitnick’s tattoo isn't exactly subtle. The massive black-and-white sperm twists and spires up his right forearm, appearing to burrow in and out of his skin before emerging into a fist-sized head on his bicep. Nor is the Syracuse University biologist reserved about his unusual body art, which once made an appearance in a montage of notable scientist tattoos published in The Guardian.
 
For Pitnick, his intricate ink reflects his deep fascination in sperm’s “unbelievably unique biology.” Consider, he says, that sperm are the only cells in the body destined to be cast forth into a foreign environment—a feat that requires dramatic physical changes as they travel from the testes into a woman’s reproductive tract.

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“No other cells do that,” says Pitnick, who has been studying sperm for more than 20 years. “They have this autonomy.”

In his lab, Pitnick engineers the heads of fruit fly sperm to glow a ghostly red and green so that he can observe them moving through dissected female fly reproductive tracts. He hopes his work will help reveal how sperm behave within female bodies, an area of research that's still in its relative infancy. These kinds of innovations could one day explain the great diversity of sperm shape and size across the animal kingdom. Moreover, they could ultimately help researchers develop human infertility treatments, as well as more effective male contraceptives.

“We understand almost nothing about sperm function, what sperm do,” Pitnick says. Many of the answers to these unknowns likely hide within the other half of sperm’s puzzle: female bodies. 

This might come as a disappointment to the courageous biologists who first looked upon sperm cells in their full glory in the㺑th and 18th century, using the then-revolutionary microscope. These early sperm scientists found themselves tasked with answering the most basic of questions, for instance: Are sperm living animals? Are they parasites? And, Does each sperm contain a tiny pre-formed adult human curled up inside? (We’ll get to that one later.)

Leeuwenhoek's early microscopic observations of rabbit sperm (figs. 1-4) and dog sperm (figs. 5-8). (Wikimedia Commons)

The person with the dubious honor of being the first to study sperm in detail was Anton van Leeuwenhoek, a Dutchman who developed the early compound microscope. Van Leeuwenhoek first used his new tool to examine more chaste subjects such as bee stingers, human lice and lake water in the mid-1670s. 

Colleagues urged him to turn his lens to semen. But he worried it would be indecent to write about semen and intercourse, and so he stalled. Finally, in 1677, he gave in. Examining his own ejaculate, he was immediately struck by the tiny “animalcules” he found wriggling inside.

Hesitant to even share his findings with colleagues—let alone get a wriggler tattooed on his arm—van Leeuwenhoek hesitantly wrote to the Royal Society of London about his discovery in 1677. “If your Lordship should consider that these observations may disgust or scandalise the learned, I earnestly beg your Lordship to regard them as private and to publish or destroy them as your Lordship sees fit.”

His Lordship (aka the president of the Royal Society) did opt to publish van Leeuwenhoek’s findings in the journal Philosophical Transactions in 1678—thus begetting the brand new field of sperm biology. 

It’s hard to overstate how mysterious these squirming, microscopic commas would have appeared to scientists at the time. Before the discovery of these “animalcules,” theories of how humans made more humans ranged widely, says Bob Montgomerie, a biologist who studies animal reproduction at Queen’s University in Canada. For example, some believed that vapor emitted by male ejaculate somehow stimulated females to make babies, while others believed that men actually made babies and transferred them to females for incubation. 

“You can imagine how difficult it is when you have no idea what is going on,” says Montgomerie. That is: without being able to see sperm and eggs, these scientists were really just pulling theories out of thin air.

In the 17th century, many researchers believed each spermatozoa contained a tiny, completely pre-formed human within it, as illustrated in this 1695 sketch by Nicolaas Hartsoeker. (Wikimedia Commons)

Even after van Leeuwenhoek discovered sperm in 1677, roughly 200 years passed before scientists agreed on how humans formed. Two primary fields of thought emerged along the way: On the one hand, the “preformationists” believed that each spermatozoa—or each egg, depending on who you asked—contained a tiny, completely pre-formed human. Under this theory, the egg—or sperm—simply provided a place for development to occur.

On the other hand, “epigenesists” argued that both males and females contributed material to form a new organism, though they weren’t sure who contributed exactly what. Discoveries throughout the 1700s offered more evidence for this argument, including the 1759 discovery that chicks develop organs incrementally. (Montgomerie notes this in the book Sperm Biology: An Evolutionary Perspective, which was edited by colleagues including Pitnick.)

With improvements to the microscope, mid-19th century researchers observed embryonic development within sea urchin eggs, which are conveniently transparent. These observations continued to disprove the concept of preformation, and allowed researchers to begin asking how sperm and egg work together to create new organisms.

Sperm research also shed light on other body systems. In the 1960s, researchers identified the protein dynein, which is responsible for sperm movement. “It turns out that the same motor protein is responsible for all kinds of processes that go on in cells,” says Charles Lindemann, a professor emeritus at Oakland University in Michigan who studied sperm motility. Today we know that dynein is involved in the movement of microscopic cellular structures like cilia and flagella, which are key to many bodily functions.

Still, early progress in fertility research was slow to take off. There simply weren’t very many working scientists back then at all, let alone sperm scientists, says Montgomerie. He estimates that there were only several dozen people researching sperm at that time by comparison, roughly 400,000 scientists study cancer today. “There were some people doing it, but maybe not enough,” says Montgomerie.

Pitnick adds that the few early researchers who did study sperm may not have fully appreciated the role of the female reproductive system in the fertility equation—an oversight that could explain why this area is still such a mystery today. “Part of that is a male bias in biology to think the female is not an important part of the story, and that goes way back in sperm biology to this whole idea of preformation,” says Pitnick.

On the more technical side, observing sperm move within the female is logistically very challenging. As Pitnick points out, it’s pretty hard to get a camera inside a female reproductive tract.

That's the genius behind his glowing fruit fly sperm and the ability to monitor them in real time. The video above shows the removed reproductive tract of a female fruit fly, which Pitnick has kept intact in a saline solution. When it was living, that female was mated to a green-sperm male, and then re-mated a few days later with a red-sperm male. Only the heads of the sperm are tagged with the fluorescent protein, so the tails of the sperm cannot be seen. 

With this kind of technology, Pitnick can gain insight into why so much variety exists in the shape and size of sperm. For example, the glowing sperm he studies have mega-long tails reaching up to 6 centimeters in length when unwound—roughly the length of your pinky finger, and the longest known in the animal kingdom. He has spent decades trying to understand why a fly would evolve this way, and has finally honed in on the female reproductive tract as the source for his answer.

While Pitnick focuses on flies, sperm have also captured the attention of modern scientists trying to help human couples trying to conceive. Pitnick’s findings could inadvertently help with this task. “In many cases, it is a compatibility difference between a specific male and female, and they don’t know the underlying mechanism,” he says. “Understanding sperm-female interactions can certainly shed light on understanding new explanations for infertility, and possibly new solutions for it.”

Basic sperm research will also help expedite progress in developing male contraceptives, says Daniel Johnston, chief of the Contraception Research Branch at the National Institutes of Health. So far, researchers have tried everything from gels to pills, but an effective, reliable male birth control remains elusive. Johnston says scientists still face the most basic of questions: what est sperm, anyways? 

Sperm cells vary incredibly across the animal kingdom. This single fruit fly sperm cell can reach several centimeters long when unfurled. (Romano Dalla)

“We need to really understand what makes up a sperm,” says Johnston, who has worked to describe the full protein contents of sperm—an important first step in understanding how to design effective contraceptives. “When you understand that, you can potentially start understanding what we need to inhibit.”

Recently, a private group called the Male Contraceptive Initiative launched a competition that will fund one innovative contraceptive research project.* Gunda Georg, a medicinal chemist at the University of Minnesota, has made it through the first round of the contest for her research on infertility-associated genes in mice that could ultimately be used to develop a male birth control pill.

Her current research helps determine appropriate dosage levels for such pharmaceuticals and assess potential side effects. After all, “if a man stops taking the pill, he has to completely return to normal,” Georg says.

Johnston is pleased to have the opportunity to support this type of research at the NIH, both out of interest in moving male contraceptives forward but also out of a fundamental intrigue in sperm that hasn’t let up over his 25-year career. “Sperm are fascinating," says Johnston. "There is nothing like them.”

Pitnick, naturally, agrees. The bashfulness that scientists like van Leeuwenhoek demonstrated in the early days, he says, has subsided in the field. “I don’t think there are too many biologists today that have any kind of discomfort level talking about this stuff,” says Pitnick. And for him, personally? “I love this biology,” he says. “I’ll talk to anyone about it who is willing to listen.”

Editor's Note, June 7, 2017: This piece originally stated that the Male Contraceptive Initiative was housed under the NIH it is a private endeavor.

About Laura Poppick

Laura is a freelance writer based in Portland, Maine and a regular contributor to the Science section.


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