Il misterioso viaggio dello sperma. L'enigma non risolto della scienza

AGI - Con ogni battito cardiaco, un uomo può produrre circa 1.000 spermatozoi e, durante un rapporto sessuale, più di 50 milioni di "intrepidi" nuotatori si mettono in viaggio per fecondare un ovulo. Solo pochi raggiungono la destinazione finale, prima che un singolo spermatozoo vinca la gara e penetri l'ovulo. Ma molto di questo viaggio epico, e degli stessi esploratori microscopici, resta un mistero per la scienza. 

Utilizzando metodi di nuova concezione, spiega la Bbc, gli scienziati stanno ora seguendo gli spermatozoi durante la loro migrazione, dalla genesi nei testicoli fino alla fecondazione dell'ovulo nel corpo femminile. I risultati stanno portando a nuove scoperte rivoluzionarie, dal modo in cui gli spermatozoi nuotano realmente ai cambiamenti sorprendentemente significativi che subiscono quando raggiungono il corpo femminile.

Una cellula che si comporta in modo unico

"Gli spermatozoi sono 'molto, molto diversi' da tutte le altre cellule sulla Terra", afferma Martins da Silva, docente presso l'Università di Dundee, nel Regno Unito. "Non gestiscono l'energia allo stesso modo. Non hanno lo stesso tipo di metabolismo cellulare e gli stessi meccanismi che ci aspetteremmo di trovare in tutte le altre cellule."

A causa dell'ampia gamma di funzioni richieste agli spermatozoi, questi ultimi richiedono più energia rispetto ad altre cellule. Inoltre, gli spermatozoi devono essere flessibili, in grado di rispondere agli stimoli ambientali e alle diverse richieste energetiche durante l'eiaculazione e il percorso lungo le vie urinarie, fino alla fecondazione.  

Gli spermatozoi sono anche le uniche cellule umane in grado di sopravvivere al di fuori del corpo, aggiunge Martins da Silva. "Per questo motivo, sono straordinariamente specializzati". Tuttavia, a causa delle loro dimensioni, queste minuscole cellule sono molto difficili da studiare, afferma. "Sappiamo molto sulla riproduzione, ma c'è un'enorme quantità di cose che non comprendiamo".

Il primo studio nel 1677

La scienza dello sperma ebbe inizio nel 1677, quando il microbiologo olandese Antoni van Leeuwenhoek osservò uno dei suoi 500 microscopi artigianali e vide quelli che chiamò "animali seminali ". Nel 1683, concluse che non era l'ovulo a contenere l'essere umano in miniatura e intero, come si credeva in precedenza, ma che l'uomo deriva" da un seme maschile ". Nel 1685, aveva concluso che ogni spermatozoo contiene un'intera persona in miniatura, completa di una propria "anima vivente".

Quasi 200 anni dopo, nel 1869, Johannes Friedrich Miescher, medico e biologo svizzero, stava studiando i globuli bianchi umani raccolti dal pus rimasto su bende ospedaliere sporche quando scoprì quella che chiamò "nucleina" all'interno dei nuclei. Il termine "nucleina" fu poi cambiato in "acido nucleico" e infine divenne "DNA". 

Con l'obiettivo di approfondire i suoi studi sul DNA, Miescher si rivolse allo sperma come fonte. Lo sperma di salmone, in particolare, era "un'eccellente e più piacevole fonte di materiale nucleare" grazie ai suoi nuclei particolarmente grandi. Lavorò a temperature gelide, tenendo aperte le finestre del laboratorio, per evitare il deterioramento dello sperma di salmone. Nel 1874, identificò un componente fondamentale dello spermatozoo che chiamò "protamina". Fu la prima assaggio delle proteine ​​che compongono gli spermatozoi. Ci vollero altri 150 anni, tuttavia, perché gli scienziati identificassero il contenuto proteico completo dello spermatozoo.

Gli spermatozoi iniziano a formarsi a partire dalla pubertà, nei vasi presenti nei testicoli, chiamati tubuli seminiferi. "Se si osserva l'interno dei testicoli, dove vengono prodotti gli spermatozoi, si scopre che all'inizio sono solo cellule rotonde, praticamente identiche a qualsiasi altra", afferma Watkins. "Poi subiscono questo cambiamento radicale, trasformandosi in una testa con una coda. Nessun'altra cellula del corpo cambia la sua struttura, la sua forma, in un modo così unico."

Gli spermatozoi impiegano circa nove settimane per raggiungere la maturità all'interno del corpo maschile. Gli spermatozoi non eiaculati alla fine muoiono e vengono riassorbiti dall'organismo. Dopo l'eiaculazione, ciascuna di queste minuscole cellule deve spingersi in avanti (insieme ai suoi 50 milioni di concorrenti) usando le proprie appendici a forma di coda per nuotare verso l'ovulo. E anche se potreste aver visto moltissimi video di spermatozoi simili a girini che nuotano in giro, in realtà gli scienziati stanno solo iniziando a capire come nuotano davvero gli spermatozoi.

Gli spermatozoi sono in movimento. Attraversano la cervice, entrano nell'utero e risalgono gli ovidotti – i tubi attraverso cui gli ovuli percorrono il loro percorso per raggiungere l'utero, noti come tube di Falloppio nelle donne umane – alla ricerca dell'ovulo. Ma qui ci imbattiamo in un'altra lacuna nella conoscenza, perché gli scienziati non comprendono appieno come gli spermatozoi riescano effettivamente a raggiungere l'ovulo.

Gli spermatozoi sani che seguono la strada giusta sono rari. Molti prendono la strada sbagliata nel labirinto del corpo femminile e non si avvicinano nemmeno alla meta. Per quelli che riescono a raggiungere le tube di Falloppio, gli scienziati pensano che possano essere guidati da segnali chimici emessi dall'ovulo. Una teoria recente è che gli spermatozoi possano usare i recettori del gusto per "sentire" il sapore del cibo mentre raggiungono l'ovulo.

Una volta che lo spermatozoo trova l'ovulo, la sfida non è finita. L'ovulo è circondato da una triplice armatura: la corona radiata, una serie di cellule; la zona pellucida, un cuscinetto gelatinoso fatto di proteine; e infine la membrana plasmatica dell'ovulo. Gli spermatozoi devono farsi strada attraverso tutti gli strati, usando sostanze chimiche contenute nel loro acrosoma, una struttura a forma di cappuccio sulla testa di uno spermatozoo contenente enzimi che digeriscono il rivestimento dell'ovulo. Tuttavia, ciò che provoca il rilascio di questi enzimi rimane un mistero.

Successivamente, gli spermatozoi usano una punta sulla loro "testa" per cercare di penetrare nell'ovulo, agitando la coda per spingersi in avanti. Infine, se uno spermatozoo entra in contatto con la membrana dell'ovulo, viene inglobato e può completare la fecondazione.

Una volta che uno spermatozoo è entrato in contatto con l'ovulo, quest'ultimo mette rapidamente in atto due meccanismi. In primo luogo, la sua membrana plasmatica si depolarizza rapidamente, creando una barriera elettrica che altri spermatozoi non possono attraversare. Tuttavia, questo fenomeno dura solo per un breve periodo, prima di tornare alla normalità. È qui che entra in gioco la reazione corticale. Un improvviso rilascio di calcio provoca l' indurimento della zona pellucida, il "rivestimento extracellulare" dell'ovulo, creando una barriera impenetrabile.

Quindi, di milioni di spermatozoi che intraprendono il viaggio, solo uno riesce a svolgere il suo compito. L'epico viaggio dello spermatozoo culmina nella sua fusione con l'ovulo. Oggi, i ricercatori stanno ancora cercando di scoprire l'identità e il ruolo delle proteine ​​di superficie cellulare che potrebbero essere responsabili del riconoscimento, del legame e della fusione tra spermatozoo e ovulo. Negli ultimi anni, diverse proteine ​​sono state identificate – sebbene in topi e pesci – come cruciali per questo processo, ma molte delle molecole coinvolte rimangono sconosciute. Quindi, per ora, il modo in cui lo spermatozoo e l'ovulo si riconoscono e come si fondono sono altri misteri rimasti irrisolti.