Het is geen eenzame reis die de zaadcel naar de eicel voert. Ze zwemmen samen. Dat heeft zijn voordelen.
De populaire verbeelding van de reis van sperma naar ei in de eileider is dat van een ieder-voor-zich wedstrijd. De weg is lang, en alleen de sterkste zaadcel bereikt het doel; alle die het niet halen of te laat komen zullen sterven. Nieuw onderzoek toont echter aan dat je hun avontuur beter kunt vergelijken met een wielerrace: hoewel er maar één kan winnen, zwemmen zaadcellen graag als team. Zo komen ze beter tegen de stroom in en raken ze minder snel verdwaald.
Het zwemmen in formatie komt voor bij zaadcellen van veel verschillende soorten zoogdieren. In sommige gevallen, zoals bij de bosmuis, hechten zaadcellen zich aan elkaar met een daarvoor bedoelde haak aan hun kop. Zo vormen ze treintjes die sneller kunnen zwemmen dan niet-gekoppelde zaadcellen. Maar het komt ook voor bij zaadcellen die zich niet fysiek aan elkaar kunnen hechten, zoals die van de mens en van runderen. Zij vormen groepjes die regelmatig van samenstelling veranderen.
Wat die zaadcellen bij elkaar houdt, is de zogeheten visco-elasticiteit van het baarmoeder(hals)slijm waarin ze zwemmen. Deze term verwijst naar de stroperigheid en elasticiteit van het slijm. In het deel van de menstruatiecyclus waarin vrouwen of vrouwelijke dieren het vruchtbaarst zijn, lijkt dit slijm op het rauwe eiwit van een kippenei. Zaadcellen die in een groepje in dezelfde richting zwemmen, worden door de visco-elasticiteit een beetje bij elkaar geduwd.
Deze groepsvorming werd een paar jaar geleden ontdekt door de groep van dr. Chih-kuan Tung, aan de North Carolina A&T State University. Die ontdekking riep de vraag op welk voordeel zaadcellen hieruit kunnen halen. Want, zegt Tung: “Als je een nieuw biologisch fenomeen ontdekt, dan is daarvoor meestal een reden te vinden”.
In tegenstelling tot de spermatreintjes van bosmuizen, zwemmen de geclusterde spermacellen van de mens niet sneller dan zij die alleen zwemmen. Dus daar zit het voordeel niet. In tegendeel: de snelste zaadcellen kunnen zich niet bij een groep aansluiten, omdat de groep eenzelfde snelheid moet aanhouden om bij elkaar te blijven. Juist de zaadcellen met een gemiddelde snelheid zwemmen hierdoor het vaakst in groepen.
Klein siliconenkanaal
Om de biologische voordelen van dit gedrag te achterhalen, voerde Tungs onderzoeksgroep een reeks experimenten uit met een klein siliconenkanaal dat de gang in het vrouwelijke voortplantingsstelsel nabootst. Deze vulden ze met een vloeistof met dezelfde visco-elastische eigenschappen als het natuurlijke slijm. Ze onderzochten hoe runderspermacellen hierin zwommen bij verschillende stroomsterktes.
Het kijken naar verschillende stroomsterktes is belangrijk, omdat ook op de route die zaadcellen af moeten leggen om bij het ei te komen de stroming varieert. Spiersamentrekkingen zorgen ervoor dat de stroming in de baarmoederhals en in het slijm langs de zijkanten van de baarmoeder voortdurend verandert. Die variërende stroming is overigens te meten in levende dieren, dus kun je als onderzoeker maar beter een hele reeks aan verschillende stroomsterktes testen.
Wat blijkt? Spermacellen die als groep zwemmen, tonen bij alle stroomsterktes ander zwemgedrag dan alleen-zwemmende zaadcellen. Als er geen stroming is, zwemmen groepen langer rechtdoor. Zaadcellen die alleen zwemmen, doen dat dan juist vaak met een bocht, waardoor ze al snel in cirkels zwemmen. Bij een lichte stroming richten geclusterde zaadcellen zich vanzelf beter tegen de stroom in dan losse zaadcellen. Door meer gericht te zwemmen, zouden ze efficiënter bij het ei kunnen komen. En bij sterkere stromingen blijken zaadcellen die in groepjes zwemmen minder snel te worden meegesleurd dan zaadcellen die er alleen voor staan.
Beweeglijker
Tung: “Het clusteren biedt spermacellen een direct mobiliteitsvoordeel. Ze zijn beweeglijker. Dat het voordeel niet ligt in een hogere snelheid is ongebruikelijk en daarom belangrijk.” Tung zegt dat hij, als natuurkundige, geïntrigeerd is door de beschermende dynamiek die speelt wanneer de stroming het sterkst is. “Dit lijkt misschien op de pelotonformatie bij het fietsen, hoewel de vloeistofmechanica voor de zaadcellen drastisch verschilt van de mechanica voor fietsers. Dit willen we nog beter begrijpen.”
Zaadcellen zien zwemmen doen wetenschappers niet (alleen) voor de lol. Beter begrijpen hoe spermacellen door het gecompliceerde vrouwelijke voortplantingsstelsel navigeren om het ei te bevruchten, kan helpen bij onvruchtbaarheidsbehandelingen. Merkwaardig is dat het merendeel van onderzoek naar sperma gebruikmaakt van een vloeistof die niet visco-elastisch is, en waarin deze groepsvorming ook niet voorkomt, zegt Tung. “Er wordt een standaard vloeistof gebruikt als medium voor zaadcellen, zowel in onderzoekslaboratoria als in vruchtbaarheidsklinieken. Maar deze vloeistof is relatief waterig, en we weten dat die helemaal niet lijkt op de vloeistof waarin zaadcellen in het lichaam zich bevinden. Ons onderzoek laat zien hoe belangrijk het is om de natuurlijke omgeving van zaadcellen na te bootsen om hun gedrag te bestuderen.”
Lees ook:
De zaadcel kijkt zichzelf eerst even goed na
De zaadcel zet heel eventjes vrijwel al zijn genen aan. Niet omdat hij die nodig heeft, maar om te controleren of hij geen foutjes gaat doorgeven aan het nageslacht.
