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Immer an der Wand lang Wie Spermien ihren Weg finden

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Weil der Schwanz weiter als Kopfbreite ausschlägt, schwimmt das Spermium schräg gegen die Wand.

(Foto: Forschungszentrum Jülich)

Jeden Tag werden weltweit Tausende Kinder gezeugt. Wie genau eine Samenzelle bis zur Eizelle gelangt, ist jedoch immer noch nicht lückenlos geklärt. Forscher aus Jülich sind besonders an der Fortbewegungsart von Spermien interessiert.

Nur das schnellste und stärkste Spermium erreicht die Eizelle und kann sie auch befruchten. So lautet die vereinfachte Theorie. Die Samenzellen scheinen auf ihrem Weg, bei dem sie das mehrere Tausendfache ihrer Körperlänge zurücklegen, in einem harten Konkurrenzkampf zu stehen. Wissenschaftler des Forschungzentrums Jülich haben sich deshalb mal genauer die Fortbewegungsweise von Spermien angesehen. Dafür simulierten sie den Weg der Samenzellen mit dem Jülicher Supercomputer Jureca.

Das Team um Gerhard Gompper stellte dabei fest, dass der sogenannte Geißelschlag eine wesentliche Rolle bei der Fortbewegung der Samenzellen spielt. Bereits bekannt war, dass sich viele Spermien von Wänden wie magisch angezogen fühlen und bevorzugt mit dem Kopf an der Wand entlangbewegen. Um herauszubekommen, wie sich Spermien in engen Kanälen und an leichten Krümmungen verhalten, programmierten sie einen "Hindernislauf" für die Spermien und sahen zu, was mit ihnen passiert.

Zwei verschiedene Fortbewegungsarten

Spermienzellen bestehen aus einem wenige Mikrometer großen Kopf. Daran schließt sich eine rund 50 Mikrometer lange Geißel an, die sich zur Fortbewegung hin- und herschlängelt. Typischerweise sind die Ausschläge der Geißel deutlich breiter als der Kopf des Spermiums. Betrachtet man die Bewegung über längere Zeit, so ergibt sich daraus eine Kegelform mit dem schmalen Kopf an der Spitze und dem weit hin- und herpeitschenden Spermienschwanz am anderen Ende.

"Aus dieser Form ergibt sich nun schon rein geometrisch, dass die Längsachse des Spermiums leicht schräg gegen die Wand gerichtet ist. Bei der Vorwärtsbewegung drückt sich die Zelle folglich immer leicht gegen die Wand, sodass sie immer in Wandnähe bleibt", erklärt Jens Elgeti vom Jülicher Institute of Complex Systems.

Bei leichten Wandkrümmungen sind Spermien mit dieser Art der Fortbewegung in der Lage, den Kontakt zur Wand zu halten. Bei stärkeren Biegungen hingegen hängt es davon ab, wie genau ein Spermium seine Geißel bewegt. Die Forscher unterscheiden zwischen einer Hin- und Herbewegung, bei der sich die Geißel in einer 2D-Ebene bewegt und einer spiralförmigen Bewegung mit einem 3D-Muster, bei der die Geißel in alle drei Raumrichtungen rotiert.

Bei den Simulationen zeigte sich, dass Spermien mit einer rotierenden Geißel auch bei stärkeren Krümmungen den Kontakt zur Wand behielten und damit mehr Chancen haben, am Ziel anzukommen. Die Erkenntnisse, die im Fachmagazin "New Journal of Physics" veröffentlicht worden, könnten bei der Verbesserung der Ergebnisse bei künstlichen Befruchtungen beitragen oder aber auch bei der Entwicklung neuer Verhütungsmethoden für den Mann.

Quelle: n-tv.de, jaz

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