Il tatuaggio di Scott Pitnick non è esattamente sottile. Il massiccio sperma in bianco e nero si attorciglia e gira nell'avambraccio destro, sembrando scavare dentro e fuori dalla sua pelle prima di emergere in una testa grande quanto un pugno sul suo bicipite. Né il biologo dell'Università di Syracuse è riservato alla sua insolita body art, che una volta è apparsa in un montaggio di notevoli tatuaggi di scienziati pubblicati su The Guardian .
Per Pitnick, il suo inchiostro intricato riflette il suo profondo fascino per la "biologia incredibilmente unica" dello sperma. Considera, dice, che gli spermatozoi sono le uniche cellule del corpo destinate a essere gettate in un ambiente estraneo - un'impresa che richiede drammatici cambiamenti fisici come viaggiano dai testicoli nel tratto riproduttivo di una donna.
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"Nessun'altra cellula lo fa", afferma Pitnick, che studia lo sperma da più di 20 anni. "Hanno questa autonomia."
Nel suo laboratorio, Pitnick ingegnerizza le teste di sperma della mosca della frutta per illuminare un rosso e un verde spettrale in modo da poterle osservare muoversi attraverso tratti riproduttivi della mosca femminile sezionata. Spera che il suo lavoro aiuti a rivelare come si comportano gli spermatozoi all'interno dei corpi femminili, un'area di ricerca che è ancora nella sua infanzia relativa. Questi tipi di innovazioni potrebbero un giorno spiegare la grande diversità della forma e delle dimensioni dello sperma in tutto il regno animale. Inoltre, potrebbero infine aiutare i ricercatori a sviluppare trattamenti per l'infertilità umana e contraccettivi maschili più efficaci.
"Non capiamo quasi nulla della funzione dello sperma, di cosa faccia lo sperma", afferma Pitnick. Molte delle risposte a queste incognite probabilmente si nascondono nell'altra metà del puzzle dello sperma: corpi femminili.
Questo potrebbe essere una delusione per i coraggiosi biologi che per primi hanno guardato agli spermatozoi nella loro piena gloria nel 17 ° e 18 ° secolo, usando il microscopio allora rivoluzionario. Questi primi scienziati dello sperma si sono trovati incaricati di rispondere alle domande più elementari, ad esempio: gli spermatozoi vivono animali? Sono parassiti? E ogni sperma contiene un minuscolo umano adulto preformato rannicchiato dentro? (Ci arriveremo più tardi.)
Le prime osservazioni microscopiche di Leeuwenhoek sullo sperma di coniglio (figg. 1-4) e lo sperma di cane (figg. 5-8). (Wikimedia Commons) La persona con il dubbio onore di essere stata la prima a studiare in dettaglio lo sperma era Anton van Leeuwenhoek, un olandese che ha sviluppato il primo microscopio composto. Van Leeuwenhoek utilizzò per la prima volta il suo nuovo strumento per esaminare più soggetti casti come i pungiglioni di api, i pidocchi umani e l'acqua del lago a metà degli anni '70 del XIX secolo.
I colleghi lo hanno esortato a trasformare le sue lenti in seme. Ma temeva che sarebbe stato indecente scrivere di sperma e rapporti sessuali, e così si bloccò. Alla fine, nel 1677, cedette. Esaminando il suo eiaculato, fu immediatamente colpito dalle minuscole "animalule" che trovava contorcersi all'interno.
Esitante persino a condividere le sue scoperte con i colleghi - per non parlare di farsi tatuare un braccio sul braccio - Van Leeuwenhoek scrisse con esitazione alla Royal Society di Londra sulla sua scoperta nel 1677. " Se tua Signoria dovesse considerare che queste osservazioni potrebbero disgustare o scandalizzare i dotti, Chiedo sinceramente a vostra Signoria di considerarli come privati e di pubblicarli o distruggerli quando la vostra Signoria lo ritiene opportuno . "
Sua Signoria (alias il presidente della Royal Society) decise di pubblicare i risultati di van Leeuwenhoek sulla rivista Philosophical Transactions nel 1678, generando così il nuovissimo campo della biologia degli spermatozoi.
È difficile sopravvalutare quanto misteriose queste virgolette e microscopiche virgole sarebbero apparse agli scienziati in quel momento. Prima della scoperta di queste "animalule", le teorie su come gli esseri umani hanno reso più umani variavano ampiamente, afferma Bob Montgomerie, un biologo che studia la riproduzione degli animali presso la Queen's University in Canada. Ad esempio, alcuni credevano che il vapore emesso dall'eiaculato maschile stimolasse in qualche modo le femmine a fare bambini, mentre altri credevano che gli uomini effettivamente facessero bambini e li trasferissero alle femmine per l'incubazione.
"Puoi immaginare quanto sia difficile quando non hai idea di cosa stia succedendo", afferma Montgomerie. Cioè: senza essere in grado di vedere spermatozoi e uova, questi scienziati stavano davvero solo estraendo teorie dal nulla.
Nel diciassettesimo secolo, molti ricercatori credevano che ogni spermatozoo contenesse al suo interno un minuscolo umano completamente preformato, come illustrato in questo schizzo del 1695 di Nicolaas Hartsoeker. (Wikimedia Commons) Anche dopo che Van Leeuwenhoek scoprì lo sperma nel 1677, passarono circa 200 anni prima che gli scienziati concordassero sul modo in cui gli umani si sono formati. Lungo la strada emersero due principali campi di pensiero: da un lato, i "preformazionisti" credevano che ogni spermatozoa - o ogni uovo, a seconda di chi glielo chiedevi - contenesse un minuscolo umano completamente preformato. Secondo questa teoria, l'uovo - o lo sperma - ha semplicemente fornito un luogo per lo sviluppo.
D'altra parte, gli "epigenesisti" hanno sostenuto che sia i maschi che le femmine hanno contribuito con il materiale per formare un nuovo organismo, anche se non erano sicuri di chi avesse contribuito esattamente a cosa. Le scoperte nel corso del 1700 offrirono ulteriori prove per questo argomento, inclusa la scoperta del 1759 secondo cui i pulcini sviluppano gli organi in modo incrementale. (Montgomerie lo osserva nel libro Sperm Biology: An Evolutionary Perspective, che è stato curato da colleghi tra cui Pitnick.)
Con miglioramenti al microscopio, i ricercatori della metà del XIX secolo osservarono lo sviluppo embrionale all'interno delle uova di riccio di mare, che sono convenientemente trasparenti. Queste osservazioni hanno continuato a confutare il concetto di preformazione e hanno permesso ai ricercatori di iniziare a chiedere come lo sperma e l'uovo lavorano insieme per creare nuovi organismi.
La ricerca sullo sperma ha anche fatto luce su altri sistemi del corpo. Negli anni '60, i ricercatori hanno identificato la proteina dinina, che è responsabile del movimento degli spermatozoi. "Si scopre che la stessa proteina motoria è responsabile di tutti i tipi di processi che avvengono nelle cellule", afferma Charles Lindemann, professore emerito dell'Università di Oakland nel Michigan, che ha studiato la motilità degli spermatozoi. Oggi sappiamo che il dynein è coinvolto nel movimento di microscopiche strutture cellulari come ciglia e flagelli, che sono fondamentali per molte funzioni corporee.
Tuttavia, i primi progressi nella ricerca sulla fertilità sono stati lenti a decollare. Montgomerie, semplicemente, non c'erano molti scienziati che lavoravano allora, figuriamoci scienziati dello sperma. Stima che all'epoca c'erano solo poche dozzine di persone che cercavano lo sperma; al confronto, circa 400.000 scienziati studiano il cancro oggi. "C'erano alcune persone che lo facevano, ma forse non abbastanza", dice Montgomerie.
Pitnick aggiunge che i pochi primi ricercatori che hanno studiato lo sperma potrebbero non aver pienamente apprezzato il ruolo del sistema riproduttivo femminile nell'equazione della fertilità, una svista che potrebbe spiegare perché quest'area è ancora oggi un mistero. "Parte di ciò è una propensione maschile in biologia a pensare che la femmina non sia una parte importante della storia, e che risale alla biologia degli spermatozoi a tutta questa idea di preformazione", afferma Pitnick.
Dal punto di vista più tecnico, osservare il movimento degli spermatozoi all'interno della femmina è logisticamente molto impegnativo. Come sottolinea Pitnick, è piuttosto difficile ottenere una videocamera all'interno di un tratto riproduttivo femminile.
Questo è il genio dietro il suo sperma di mosca della frutta luminosa e la capacità di monitorarli in tempo reale. Il video sopra mostra il tratto riproduttivo rimosso di una mosca della frutta femminile, che Pitnick ha mantenuto intatto in una soluzione salina. Quando viveva, quella femmina veniva accoppiata a un maschio di sperma verde, e poi si accoppiava qualche giorno dopo con un maschio di sperma rosso. Solo le teste dello sperma sono etichettate con la proteina fluorescente, quindi non è possibile vedere le code dello sperma.
Con questo tipo di tecnologia, Pitnick può ottenere informazioni sul perché esiste così tanta varietà nella forma e nelle dimensioni dello sperma. Ad esempio, lo sperma luminoso che studia ha una coda lunga mega che raggiunge fino a 6 centimetri di lunghezza quando viene svolto, all'incirca la lunghezza del tuo mignolo e il più lungo conosciuto nel regno animale. Ha trascorso decenni cercando di capire perché una mosca si sarebbe evoluta in questo modo e alla fine ha affinato il tratto riproduttivo femminile come fonte della sua risposta.
Mentre Pitnick si concentra sulle mosche, lo sperma ha anche catturato l'attenzione degli scienziati moderni che cercano di aiutare le coppie umane che cercano di concepire. I risultati di Pitnick potrebbero inavvertitamente aiutare con questo compito. "In molti casi, è una differenza di compatibilità tra un maschio e una femmina specifici e non conoscono il meccanismo sottostante", afferma. "Comprendere le interazioni tra spermatozoi può certamente far luce sulla comprensione di nuove spiegazioni per l'infertilità, e forse nuove soluzioni per esso."
La ricerca di base sugli spermatozoi aiuterà anche ad accelerare i progressi nello sviluppo di contraccettivi maschili, afferma Daniel Johnston, capo del dipartimento di ricerca sulla contraccezione presso il National Institutes of Health. Finora, i ricercatori hanno provato di tutto, dai gel alle pillole, ma un controllo delle nascite maschile efficace e affidabile rimane sfuggente. Johnston afferma che gli scienziati devono ancora affrontare le domande più elementari: che cos'è lo sperma, comunque?
Le cellule spermatiche variano incredibilmente in tutto il regno animale. Questa singola cellula di spermatozoo può raggiungere diversi centimetri di lunghezza quando spiegata. (Romano Dalla) "Dobbiamo davvero capire cosa costituisce uno sperma", afferma Johnston, che ha lavorato per descrivere l'intero contenuto proteico degli spermatozoi, un importante primo passo per capire come progettare contraccettivi efficaci. "Quando lo capisci, puoi potenzialmente iniziare a capire cosa dobbiamo inibire."
Di recente, un gruppo privato chiamato Male Contraceptive Initiative ha lanciato un concorso che finanzierà un innovativo progetto di ricerca contraccettiva. * Gunda Georg, chimico medicinale dell'Università del Minnesota, ha superato il primo round del concorso per le sue ricerche sull'infertilità geni associati nei topi che alla fine potrebbero essere utilizzati per sviluppare una pillola anticoncezionale maschile.
La sua ricerca attuale aiuta a determinare i livelli di dosaggio appropriati per tali prodotti farmaceutici e valutare i potenziali effetti collaterali. Dopotutto, "se un uomo smette di prendere la pillola, deve tornare completamente alla normalità", dice Georg.
Johnston è lieto di avere l'opportunità di supportare questo tipo di ricerca presso l'NIH, sia per interesse nel far avanzare i contraccettivi maschili, sia per un intrigo fondamentale negli spermatozoi che non ha rinunciato alla sua carriera di 25 anni. "Gli spermatozoi sono affascinanti", afferma Johnston. "Non c'è niente di simile a loro".
Pitnick, naturalmente, è d'accordo. La timidezza che scienziati come Van Leeuwenhoek hanno dimostrato nei primi giorni, dice, si è calmata sul campo. "Non credo che ci siano troppi biologi oggi che hanno qualsiasi tipo di livello di disagio a parlare di queste cose", afferma Pitnick. E per lui, personalmente? "Adoro questa biologia", afferma. "Ne parlerò con chiunque sia disposto ad ascoltare."
Nota del redattore, 7 giugno 2017: questo pezzo originariamente affermava che la Male Contraceptive Initiative era ospitata sotto il NIH; è uno sforzo privato.
