Rotierende Spermien

Jan Oliver Löfken

Grafik eines Spermiums mit Geißel. Unter dem Spermium ist ein schlangenlinienartiges Bewegungsprofil dargestellt.

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Ähnlich wie ein Aal schwimmen Spermien mit symmetrischen Schlägen ihrer Geißel so schnell wie möglich zur Eizelle. Schon 1677 beschrieb der niederländische Naturforscher Antonie van Leeuwenhoek diese Bewegung, die sich ihm mit einem einfachen Lichtmikroskop offenbarte. Doch diese Annahme ist nicht korrekt. Denn nun haben Forscher herausgefunden, dass Spermien ihre Geißel nur asymmetrisch zu einer Seite bewegen. Erst die Drehungen um die eigene Achse erlaubt den Spermien eine geradlinige Schwimmrichtung, wie die Forscher in der Fachzeitschrift „Science Advances“ berichten.

Hermes Gadêlha von der University of Bristol betrachtete zusammen mit Kollegen die Schwimmbewegungen von Spermien unter dem Mikroskop. Parallel verfolgten die Forscher die Spermien mit einer Hochgeschwindigkeitskamera – mit einer zeitlichen Auflösung von bis zu 55 000 Bildern pro Sekunde. Im Unterschied zu klassischen Lichtmikroskopen, die nur eine zweidimensionale Betrachtung erlauben, konnten sie die Spermien in ihren Experimenten im dreidimensionalen Raum beobachten. Denn die Fokussierung des verwendeten Mikroskops ließ sich so schnell anpassen, dass es auch bei schwankenden Höhenabständen scharfe Bilder lieferte.

Auf den Videoaufnahmen erkannten die Forscher, dass die bisherigen, zweidimensionalen Beobachtungen ein falsches Bild von der Bewegung der Spermien lieferten. So schlagen die rund fünfzig Mikrometer langen Geißeln ausschließlich in eine Richtung. Eigentlich würde das dazu führen, dass die Spermien nur im Kreis schwimmen und so ihr Ziel nie erreichen. Doch durch eine zweite Bewegung gleichen die Spermien den asymmetrischen Antrieb aus: Indem sich die Samenzellen etwa viermal pro Sekunde um ihre eigene Achse drehen, wirkt der Geißelschlag immer in eine andere Richtung.

Das Spermium schwimmt letztendlich wieder geradeaus – auf einer Bahn, die an die Wendel eines Korkenziehers erinnert. Welche Vorteile diese komplexe Schwimmtechnik im Unterschied zu einem symmetrischen Geißelschlag bietet, können die Forscher allerdings noch nicht beantworten. „Die Ursache für Kinderlosigkeit liegt zur Hälfte der Fälle an männlicher Unfruchtbarkeit“, sagt Gadêlha. „Und mit einem besseren Verständnis der Bewegung der Spermien könnten zukünftig neue Diagnoseverfahren für kranke Spermien entwickelt werden.“

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Quelle: https://www.weltderphysik.de/gebiet/leben/news/2020/rotierende-spermien/