Tinh trùng của con người tiến hóa như thế nào? Các nhà khoa học đã bị lừa dối hơn 300 năm

Tinh trùng của con người đến ống dẫn trứng và thụ tinh cho trứng. Nói chung, chúng cần di chuyển khoảng cách từ 15 cm đến 18 cm. Coi tinh trùng là một trong những tế bào nhỏ nhất ở động vật - Chiều dài của tinh trùng người từ đầu đầu đến cuối chỉ khoảng 50 micron, không dễ để di chuyển quá 15 cm.

Trên thực tế, không chỉ khoảng cách rất xa đối với tinh trùng mà còn có nhiều loại "bẫy bẫy" khác nhau trên hành trình 15 cm, vì tinh trùng là vật thể lạ đối với phụ nữ và sẽ được bảo vệ một cách tự nhiên trước nó.

Chúng bao gồm chất nhầy cổ tử cung giữ tinh trùng, tế bào bạch cầu nhấn chìm tinh trùng, v.v. Khi hàng trăm triệu tinh trùng khởi hành cùng lúc, chỉ có khoảng 200 con thực sự có thể đến đích - tiếp xúc với trứng.

quapan/Flick r

Vậy câu hỏi thú vị là, tinh trùng di chuyển như thế nào? Làm thế nào nó có được năng lượng để tiếp tục tiến về phía trước?

Có một số câu chuyện rất thú vị về khả năng "bơi" của tinh trùng nên phải kể riêng. Điều này đã đánh lừa các nhà khoa học trong hơn 300 năm.

Tinh trùng đã lừa dối các nhà khoa học như thế nào trong hơn 300 năm?

Năm 1677, sau khi nhà khoa học người Hà Lan Leeuwenhoek, cha đẻ của kính hiển vi quang học, cải tiến kính hiển vi, ông đã cẩn thận quan sát tinh trùng của chính mình qua kính hiển vi này. Đây là lần đầu tiên con người nhìn thấy tinh trùng.

Ảnh: Leeuwenhoek

Listed Wenhoek mô tả rằng ông đã nhìn thấy một số lượng lớn "vi sinh vật". Mỗi "sinh vật" này đều có cái đầu sưng tấy và cái đuôi dài gần như trong suốt. Họ tràn đầy sinh lực, vặn vẹo như rắn, như lươn trong nước.

Vào thời điểm đó, người ta không nghĩ rằng đây là tế bào mầm của con người. Trên thực tế, Leeuwenhoek nghĩ rằng chúng là một loại động vật ký sinh (tôi đoán là anh ấy đã sợ hãi khi nhìn thấy chúng lần đầu tiên) và đặc biệt tạo ra thuật ngữ "spermatozoa" (hiện được dịch là động vật có tinh trùng) để mô tả "sinh vật" này.

Hình ảnh: Khi đó người ta cho rằng có rất ít người sống trong đầu đầu của tinh trùng

Một thời gian dài sau khi phát hiện ra tinh trùng, người ta thực sự không biết loại tế bào này được sử dụng để làm gì cho.

Năm 1695, Nicholas Hartsock, cũng là người Hà Lan, sau khi quan sát tinh trùng, ông lập tức cảm thấy mình đã hiểu được "bí mật của Chúa". Lần đầu tiên ông xác định vai trò của tinh trùng, tin rằng có những con người nhỏ bé sống trong tinh trùng, sau đó những con người nhỏ bé này phát triển thành những con người lớn hơn trong bụng người phụ nữ. Đây chính là ý nghĩa của khả năng sinh sản.

Nhưng điều đáng xấu hổ là anh chàng này không thể giải thích được tại sao có nhiều người vào nhưng chỉ có một hoặc hai người bước ra.

Mọi người không biết một chút gì về bí mật sinh sản của động vật có vú cho đến năm 1827, bởi vì năm nay các nhà khoa học đã phát hiện ra trứng (rất khó tìm thấy trứng vì số lượng rất hạn chế). Mãi đến năm 1876, các nhà khoa học mới quan sát được sự kết hợp giữa tinh trùng và trứng, đồng thời bí mật sinh sản của động vật có vú cuối cùng cũng được tiết lộ.

Quay lại chủ đề Leeuwenhoek phát hiện ra tinh trùng. Mặc dù không biết những “sinh vật” này dùng để làm gì nhưng chắc chắn anh ấy rất giỏi trong việc mô tả các sinh vật dưới kính hiển vi.

Trong thời đại không có máy ảnh, Leeuwenhoek thậm chí còn thuần túy Bức chân dung vẽ tay của một con tinh trùng (ở trên) lần đầu tiên mô tả, cả bằng đồ họa và bằng lời nói, cách một con tinh trùng di chuyển—như một con nòng nọc hoặc một con cá di chuyển đuôi từ bên này sang bên kia bên để đẩy mình về phía trước.

Tinh trùng di chuyển theo hình thức này (vẫy đuôi) có lẽ phù hợp với khuôn mẫu của hầu hết tất cả chúng ta, bởi vì hầu hết các cuốn sách khoa học phổ biến mà chúng ta tiếp xúc thường mô tả nó theo cách này.

Cho đến gần đây (2020), các nhà nghiên cứu từ Đại học Tự trị Quốc gia Mexico đã phát hiện ra rằng hóa ra tinh trùng không "bơi" bằng cách vung đuôi như thế này. Nó thực sự di chuyển dưới dạng một lỗ quay.

Các nhà nghiên cứu tại Đại học Tự trị Quốc gia Mexico đã sử dụng kính hiển vi 3D với thiết bị áp điện và camera tốc độ cao có khả năng ghi lại hơn 55.000 khung hình mỗi giây để quét 3D tinh trùng bơi tự do, sau đó xây dựng toán học chuyển động của tinh trùng ( Như hình bên dưới) [1]

Nghiên cứu này được công bố trên tạp chí "Science Advances" vào ngày 31 tháng 7 năm 2020. Nhà nghiên cứu Gadêlha của nó cho biết trong một cuộc phỏng vấn: Tinh trùng hoàn toàn không bơi, nó chỉ tiếp tục khoan vào chất lỏng.

Trên thực tế, do tinh trùng quay nhanh và đồng bộ cao - hoàn thành 20 vòng quay trong một giây nên không thể hiểu chính xác chuyển động của chúng khi quan sát bằng kính hiển vi 2D - chỉ có thể nhìn thấy chuyển động trái và phải và nghiên cứu hiện đại thường sử dụng kính hiển vi 2D, vì vậy tinh trùng đã đánh lừa các nhà khoa học như thế này nhiều hơn hơn 300 năm.

Tại sao tinh trùng quay?

Tinh trùng là những tế bào có chuyên môn cao, có nghĩa là chúng chịu áp lực tiến hóa rất lớn và tất cả các đặc điểm của chúng chỉ có một mục đích duy nhất là thụ tinh hoàn toàn.

Tư thế bơi lắc lư từ bên này sang bên kia thích hợp để đẩy một số chất lỏng dễ bơi và môi trường mà tinh trùng cần phải đối mặt để thụ tinh hoàn toàn rất phức tạp.

Trên cùng một hành trình, họ đều phải đối mặt với nhiều môi trường khác nhau. Đôi khi chúng dính và hoàn toàn không thể đẩy được, đôi khi chúng được bôi trơn, và đôi khi chúng chỉ khô, vì vậy quay như một con quay sẽ tốt hơn nhiều so với lắc lư để tạo lực đẩy.

Ngoài ra, nghiên cứu này cũng phát hiện ra rằng đuôi của tinh trùng con người thực sự không cân bằng và chỉ xoay về một bên, có nghĩa là nó sẽ quay theo vòng tròn do chuyển động một bên.

Nhưng tinh trùng đã tìm thấy sự thích nghi. Chúng lăn khi bơi và acrosome cũng quay theo hướng quay của đuôi. Phương pháp này có thể bù đắp chính xác sự bất đối xứng do chuyển động một bên gây ra.

Một nghiên cứu mà tôi đã xem xét vào năm 2019 cũng phát hiện ra rằng acrosome của tinh trùng động vật có vú có hình xoắn ốc, giống như một chiếc ốc vít [2], hoàn toàn phù hợp với chuyển động của tinh trùng.

Vậy, có một câu hỏi khác. Vì tinh trùng quá nhỏ và phải khoan lỗ rất mạnh, năng lượng của chúng lấy từ đâu?

Trên thực tế, đây cũng là một phần thuộc về tính chất chuyên biệt cao của tinh trùng.

Chúng ta biết rằng năng lượng cho hoạt động của tế bào chủ yếu đến từ ty thể - đây được gọi là nhà máy năng lượng của tế bào. Tinh trùng tuy có kích thước nhỏ nhưng lại có rất nhiều ty thể, giống như những cục pin nhỏ cung cấp năng lượng cho tinh trùng.

Những ty thể này tập trung ở phần giữa của tinh trùng và để tận dụng tối đa không gian, các nhà khoa học phát hiện ra rằng những ty thể này có hình xoắn ốc.

Thứ cung cấp "nhiên liệu" cho các ty thể này là nơi hoạt động của chúng. Chỉ ở đó chúng mới có cơ hội sống sót hơn 5 ngày, trong khi ở những môi trường khác, tinh trùng sẽ nhanh chóng bị bất hoạt.

Cuối cùng, hãy nói về một sự hiểu lầm phổ biến rộng rãi về tinh trùng.

Chắc hẳn nhiều người trong chúng ta đã nghe nói rằng tinh trùng nhanh nhất có cơ hội thụ tinh hoàn toàn nên mỗi người trong chúng ta đều đã chiến thắng một lần trong hàng trăm triệu cuộc thi kể từ khi sinh ra.

Nhưng thực tế không phải vậy. Ngày càng có nhiều bằng chứng cho thấy tinh trùng chạy (hoặc khoan) nhanh nhất sẽ chỉ gặp trứng sớm nhất và trứng có quyền lựa chọn cuối cùng. Chúng sẽ chọn một trong số hàng trăm, thậm chí hàng nghìn tinh trùng hoàn thành cuộc đua [3].

Tham khảo:

[1].https: //doi.org/10.1126/sciadv.aba5168

[2].https://doi.or g/10.1098/rstb.2019.0149

[3].https://www.news-medi cal.net/news/20200611/The-egg-decides-which-sperm-fertilizes-it.aspx