“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 olur. Cinsel birleşme sırasında ise 50 milyondan fazla minik “yüzücü”, yumurtayı döllemek için kıyasıya bir mücadeleye girişir. Ancak bu zorlu yolculuğu tamamlayabilen yalnızca çok az sperm başarılı olur; sonunda tek bir sperm, yarışmayı kazanarak yumurtanın içine girer.
Fakat bu destansı yolculuk ve sperm hücrelerinin kendisi, bilim dünyası için hâlâ büyük bir gizem arz ediyor. İskoçya’daki Dundee Üniversitesi’nde üreme biyolojisi uzmanı Sarah Martins da Silva, “Sperm nasıl yüzer? Yumurtayı nasıl bulur? Onu nasıl dölleyebilir?” gibi sorular sorarak bu konudaki belirsizlikleri vurguluyor.
Spermin keşfinden yaklaşık 350 yıl sonra bile, bu temel sorulara net yanıtlar bulmak oldukça zor görünüyor.
Son yıllarda geliştirilen yeni yöntemlerle bilim insanları, spermin testislerdeki oluşumundan, kadının vücudunda yumurtanın döllenmesine kadar olan yolculuğunu takip edebiliyor. Bu çalışmalar, spermin yüzerken geçirdiği dönüşümler ve kadın vücuduna ulaştığında yaşadığı şaşırtıcı değişiklikler hakkında çığır açıcı bilgiler sunuyor.
Martins da Silva, “Sperm – ya da spermatozoa – dünyadaki diğer tüm hücrelerden ‘çok ama çok farklıdır'” ifadesini kullanıyor.
“Enerjiyi aynı şekilde kullanmazlar. Diğer tüm hücrelerde bulunmasını beklediğimiz hücresel metabolizma ve mekanizmalara sahip değillerdir.”
Spermatozoaların geniş işlev yelpazesinden dolayı, diğer hücrelerle kıyaslandığında daha fazla enerjiye ihtiyaç duyduklarına dikkat çeken Martins da Silva, bu hücrelerin çevresel ipuçlarına ve değişen enerji gereksinimlerine yanıt verebilmek için esnek olmaları gerektiğini belirtiyor.
Ayrıca, sperm hücrelerinin insan vücudu dışında hayatta kalabilen tek hücreler olduğuna da dikkat çekiyor. “Bu nedenle olağanüstü şekilde özelleşmişlerdir.” ifadesini kullanıyor.
Ancak boyutları nedeniyle bu küçük hücrelerin incelenmesi oldukça zordur. “Üreme hakkında çok şey biliyoruz ama hâlâ anlamadığımız çok büyük bir kısmı var.” diyor Martins da Silva.
Sperm tam olarak nedir?
Spermin ne olduğuna dair temel bir soru, yaklaşık 350 yıllık araştırmalara rağmen yanıtlanamamıştır: Sperm tam olarak nedir?
İngiltere’deki Nottingham Üniversitesi’nde üreme ve gelişim fizyolojisi alanında Doç. Dr. Adam Watkins, “Sperm inanılmaz derecede iyi paketlenmiş bir hücre,” diyerek şunları ekliyor: “Spermi genellikle sadece kuyruğu olan bir DNA torbası olarak düşünürdük. Ama artık fark ediyoruz ki bu oldukça karmaşık bir hücre. İçinde çok daha fazla genetik bilgi var.”
Spermin bilimsel olarak keşfi, 1677 yılında Hollandalı mikrobiyolog Antoni van Leeuwenhoek’un 500 el yapımı mikroskobundan birini kullanarak “meni hayvancıkları” adını verdiği varlıkları gözlemlemesiyle başladı. 1683 yılında, minyatür bir insanın yumurtada değil, erkeğin “hayvancık benzeri tohumunda” bulunduğunu tespit etti. 1685’te ise 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 nihayetinde “deoksiribonükleik asit” yani DNA halini aldı.
Miescher, DNA araştırmalarını derinleştirmek için sperm hücrelerine yöneldi. Özellikle somon spermi, büyük çekirdekleri sayesinde “çekirdek materyali için mükemmel ve daha keyifli bir kaynak” olarak tercih edildi. Laboratuvar pencerelerini açık tutarak, somon sperminin bozulmasını önlemek için dondurucu koşullarda çalıştı. 1874’te sperm hücresinin temel bileşenlerinden biri olan ve “protamin” adını verdiği maddeyi tanımladı. Bu, sperm hücresini oluşturan proteinlere dair ilk bakıştı. 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 aktardığını fark ediyorlar. Watkins’e göre bu durum, embriyonun gelişimini ve hatta doğacak bireyin yaşam seyrini etkileyebilir.
Sperm hücreleri, ergenlik döneminden 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.”
Spermin erkek bedeninde olgunlaşması yaklaşık dokuz hafta sürer. Boşaltılmayan sperm hücreleri sonunda ölür ve vücut tarafından emilir. Ancak şanslı olanlar ejakülasyonla dışarı atılır ve böylece yeni bir yolculuk başlar.
Spermin yolculuğu
Ejakülasyondan sonra, bu küçük hücrelerin her biri, 50 milyon rakibiyle birlikte yumurtaya doğru kuyruklarını kullanarak yüzmeye başlar. Ancak tadpole benzeri bu yüzüş görüntülerine rağmen, bilim insanları spermin gerçekten nasıl hareket ettiğini ancak yeni yeni anlamaya başlıyor. Eskiden spermin kuyruğunun (flagellumunun) kurbağa yavrusu gibi sağa sola sallandığı düşünülüyordu. Ancak 2023’te İngiltere’de Bristol Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, sperm kuyruğunun hareketlerinin, matematikçi ve II. Dünya Savaşı kod çözücüsü Alan Turing’in ortaya koyduğu desen oluşumu şablonunu izlediğini keşfetti.
Turing 1952 yılında kimyasal reaksiyonların doğada desenler oluşturabileceğini fark etti. İki biyolojik kimyasalın birbirleriyle hareket edip tepkimeye girmesiyle parmak izleri, tüyler, yapraklar ya da kumda oluşan dalgalar gibi desenlerin oluşabileceğini öne sürdü. 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 çözmedeki önemini vurguluyor.
Sperm hareket etmeye başladığında, rahim ağzından geçip rahme ulaşır ve yumurtaya giden fallop tüplerinde ilerler. Ancak burada bilgi eksikliği ile karşılaşıyoruz, çünkü bilim insanları spermin yumurtaya nasıl ulaştığını tam olarak bilmiyor. Sağlıklı spermatozoalar ve doğru yolu bulanlar nadiren oluyor. Birçoğu
