“Hâlâ anlamadığımız çok şey var”: Sperm neden hâlâ bu kadar gizemli?
Yazan: Katherine Latham – BBC Future
Her kalp atışı, bir erkeğin yaklaşık bin sperm üretmesine neden olurken, cinsel ilişki sırasında 50 milyondan fazla sperm, yumurtayı döllemek için yarışa katılır. Ancak bu zorlu yolculuğu tamamlayabilen sperm sayısı oldukça azdır. Sonuçta, sadece bir sperm yarışmayı kazanarak yumurtanın içine nüfuz eder.
Bu kahraman yolculuk ve sperm hücreleri, bilim dünyası için hala büyük bir sır olarak kalmaktadır. İskoçya’daki Dundee Üniversitesi’nden üreme biyolojisi uzmanı Sarah Martins da Silva, “Sperm nasıl yüzer? Yumurtayı nasıl bulur? Onu nasıl dölleyebilir?” sorularını yöneltiyor.
Sperm keşfinin üzerinden yaklaşık 350 yıl geçmesine rağmen, bu sorular hala net yanıtlar bulamamış durumda.
Yeni geliştirilen yöntemlerle bilim insanları, spermin testislerdeki oluşumundan, kadının vücudunda yumurtanın döllenmesine kadar olan süreci izleyebiliyor. Bu çalışmalar, spermin yüzme şekli ve kadın vücuduna ulaştığında yaşadığı şaşırtıcı değişimler gibi konularda çığır açıcı bulgular sunuyor.
Martins da Silva, “Sperm – ya da spermatozoa – dünyadaki diğer tüm hücrelerden ‘çok ama çok farklıdır'” diyor ve ekliyor: “Enerjiyi aynı şekilde kullanmazlar. Diğer tüm hücrelerde bulunmasını beklediğimiz türden hücresel metabolizmaya ve mekanizmalara sahip değiller.”
Spermatozoalar, diğer hücrelere kıyasla daha fazla enerjiye ihtiyaç duyarlar ve ejakülasyon sırasında, çevresel ipuçlarına ve değişen enerji gereksinimlerine yanıt verebilme esnekliğine sahip olmaları gerekir. Martins da Silva, sperm hücrelerinin insan vücudu dışında hayatta kalabilen tek hücreler olduğunu da vurguluyor. “Bu nedenle olağanüstü şekilde özelleşmişlerdir,” diye belirtiyor.
Bununla birlikte, bu küçük hücrelerin boyutları nedeniyle incelenmeleri oldukça zordur. “Üreme hakkında çok şey biliyoruz ama hâlâ anlamadığımız büyük bir kısmı var,” diyor.
Sperm tam olarak nedir?
İlk bakışta basit bir soru gibi görünse de, sperm tam olarak nedir sorusu 350 yıllık araştırmalara rağmen hâlâ net bir yanıt bulamamıştır. İngiltere’deki Nottingham Üniversitesi’nde üreme ve gelişim fizyolojisi alanında Doç. Dr. Adam Watkins, “Sperm inanılmaz derecede iyi paketlenmiş bir hücre,” diyerek bu konudaki gelişmeleri açıklıyor. “Spermi genellikle sadece kuyruğu olan bir DNA torbası olarak düşünürdük. Ama artık anlıyoruz ki bu oldukça karmaşık bir hücre. İçinde çok daha fazla genetik bilgi var.”
Spermin bilimsel keşfi, 1677 yılında Hollandalı mikrobiyolog Antoni van Leeuwenhoek’un 500 el yapımı mikroskobuyla “meni hayvancıkları” adını verdiği şeyi gözlemesiyle başlamıştır. 1683 yılında, minyatür bir insanın yumurtada değil, erkeğin “hayvancık benzeri tohumunda” bulunduğunu keşfetti. 1685’te her bir spermatozoonun içinde, kendi “canlı ruhuyla” birlikte eksiksiz bir minyatür insan olduğunu ilan etti.
Neredeyse 200 yıl sonra, 1869’da İsviçreli hekim ve biyolog Johannes Friedrich Miescher, hastane sargılarında biriken irinden alınan insan akyuvarlarını incelerken, çekirdeklerin içinde “nüklein” adını verdiği bir madde keşfetti. Bu terim daha sonra “nükleik asit” olarak değiştirildi ve “deoksiribonükleik asit” yani DNA halini aldı.
Miescher, DNA araştırmalarını derinleştirmek için sperm hücrelerine yöneldi. Özellikle somon spermi, büyük çekirdekleri sayesinde “çekirdek materyali için mükemmel bir kaynak” olarak tercih edildi. 1874’te sperm hücresinin temel bileşenlerinden biri olan “protamin” adı verilen bir maddeyi tanımladı. Ancak spermin tam protein içeriğinin tanımlanması 150 yıl daha sürdü.
O zamandan bu yana sperm hakkında bilgimiz büyük ölçüde arttı. Ancak Watkins’in belirttiği gibi hâlâ birçok bilinmeyen var. Bilim insanları, erken embriyo gelişimini daha iyi anladıkça, spermin yalnızca babanın kromozomlarını değil, genlerin nasıl ve ne zaman kullanılacağını etkileyen epigenetik bilgileri de aktarabileceğini fark ediyorlar.
Watkins’e göre bu durum, embriyonun gelişimini ve doğacak bireyin yaşam seyrini etkileyebilir. Sperm hücreleri, ergenlikten itibaren testislerdeki seminifer tübüllerde üretilmeye başlar. Watkins, “Testislerin içine bakarsanız, sperm üretimi yuvarlak bir hücreyle başlar ve bu hücre başka herhangi bir hücreye benzer,” diyor. “Sonrasında inanılmaz bir değişim geçirir; baş kısmı ve kuyruğuyla sperm formunu alır. Vücuttaki başka hiçbir hücre bu şekilde, bu denli benzersiz bir yapısal değişim geçirmez.” Sperm, erkek bedeninde olgunlaşması için yaklaşık dokuz hafta gerektirir. Boşaltılmayan sperm hücreleri sonunda ölür ve vücut tarafından emilir. Ancak şanslı olanlar ejakülasyonla dışarı atılır ve böylece serüven başlar.
Spermin yolculuğu
Ejakülasyondan sonra, bu küçük hücreler, 50 milyon rakibiyle birlikte yumurtaya doğru kuyruklarını kullanarak yüzmeye başlar. Ancak bilim insanları, spermin gerçekten nasıl hareket ettiğini ancak yeni yeni anlamaya başlıyor. Önceleri spermin kuyruğunun (flagellumunun) kurbağa yavrusu gibi sağa sola sallandığı düşünülüyordu. Ancak 2023’te Bristol Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, sperm kuyruğunun hareketlerinin, matematikçi Alan Turing’in ortaya koyduğu desen oluşumu şablonunu izlediğini keşfetti.
Turing, 1952 yılında kimyasal reaksiyonların doğada desenler oluşturabileceğini fark etti ve bu fikir “reaksiyon-difüzyon teorisi” olarak bilinir. 3D mikroskopiyle çalışan Bristol araştırmacıları, sperm flagellumunun dalgalar oluşturarak kendini ileriye ittiğini ortaya çıkardı. Bu keşif, spermin hareketini anlamanın erkek doğurganlığını çözmede önemli bir adım olduğunu gösteriyor.
Sperm hareket etmeye başladığında, rahim ağzından geçip rahme ulaşır ve yumurtaya giden fallop tüplerinde ilerler. Ancak burada bilgi eksikliğiyle karşılaşıyoruz çünkü bilim insanları spermin yumurtaya nasıl ulaştığını tam olarak bilmiyor. Sağlıklı spermatozoalar ve doğru yolu bulanlar nadiren olmaktadır. Birçoğu kadın vücudundaki bu labirentte kaybolur ve hedefe asla ulaşamaz. Fallop tüplerine ulaşmayı başaranlar ise muhtemelen yumurta tarafından salınan kimyasal sinyallerle yön buluyor. Yeni bir teoriye göre sperm, bu yolu bulmak için “tat alma reseptörleri” kullanarak adeta tadını “alarak” ilerliyor olabilir.
Sperm yumurtayı bulduğunda bile mücadele henüz bitmez. Yumurta, üç katmanlı bir zırhla çevrilidir: Hücrelerden oluşan corona radiata, protein yapılı jölemsi bir doku olan zona pellucida ve son olarak yumurta hücresinin plazma zarı. Sperm hücreleri bu katmanları delip geçmek zorundadır. Bunun için spermin baş kısmındaki akrozom adlı şapka benzeri yapı devreye girer. Ancak bu enzimlerin salınmasını neyin
