Prima che la scienza fosse in grado di far luce sulla riproduzione umana, la maggior parte delle persone pensava che una nuova vita fosse nata attraverso la generazione spontanea dalla materia non vivente. Che ha cambiato un pizzico a metà del 17 ° secolo, quando i filosofi naturali erano in grado (a malapena) di vedere l’ovulo femminile, o uovo, ad occhio nudo. Hanno teorizzato che tutta la vita è stata generata al momento della creazione divina; una persona esisteva dentro l’altra all’interno delle uova di una donna, come bambole russe nidificanti. Questa visione della riproduzione, chiamata preformazione, si adattava bene alla classe dominante. “Mettendo i lignaggi l’uno dentro l’altro”, osserva la biologa dello sviluppo e scrittrice portoghese Clara Pinto-Correia in The Ovary of Eve (1997),” la preformazione potrebbe funzionare come una dottrina antidemocratica “politicamente corretta”, legittimando implicitamente il sistema dinastico – e, naturalmente, i principali filosofi naturali della Rivoluzione scientifica certamente non erano servi.’

Si potrebbe pensare che, man mano che la scienza progrediva, avrebbe schiacciato la teoria della bambola russa attraverso la sua lucida lente biologica. Ma non è esattamente ciò che è accaduto-invece, quando il microscopio finalmente permesso ai ricercatori di vedere non solo le uova, ma lo sperma, la teoria preformazione trasformato in una nuova, ancora più patriarcale presunzione politica: ora, filosofi detenuti e alcuni studenti di riproduzione, l’uovo era solo un ricettacolo passivo in attesa di sperma vigoroso per arrivare a innescare lo sviluppo. E sperma? La testa di ciascuno conteneva un piccolo essere umano preformato-un homunculus, per l’esattezza. Il matematico e fisico olandese Nicolaas Hartsoeker, inventore del microscopio a vite, disegnò la sua immagine dell’omuncolo quando lo sperma divenne visibile per la prima volta nel 1695. In realtà non ha visto un homunculus nella testa dello sperma, ha ammesso Hartsoeker all’epoca, ma si è convinto che fosse lì.

Microscopi più potenti alla fine relegarono l’homunculus nella pattumiera della storia – ma in qualche modo non è cambiato molto. In particolare, l’eredità dell’homunculus sopravvive nella nozione ostinatamente persistente dell’uovo come partecipante passivo alla fecondazione, in attesa che lo sperma attivo nuoti attraverso una grandinata di sfide per perpetuare la vita. È comprensibile – anche se sfortunato-che un pubblico laico possa adottare questi paradigmi e metafore erronee e sessiste. Ma biologi e medici sono colpevoli pure.

Fu nell’anno relativamente recente del 1991, molto tempo dopo che gran parte della vera scienza era stata scolpita nella pietra, che l’antropologa americana Emily Martin, ora alla New York University, descrisse quella che definì una “fiaba scientifica” – un’immagine di uovo e sperma che suggerisce che “i processi biologici femminili sono meno degni delle loro contro-parti maschili “e che” le donne sono meno degne degli uomini”. L ” ovaio, per esempio, è raffigurato con una scorta limitata di uova di avviamento impoverito nel corso della vita, mentre i testicoli si dice che producono nuovo sperma per tutta la vita. La produzione umana di uova è comunemente descritta come “dispendiosa” perché, da 300.000 cellule iniziali di uova presenti alla pubertà, solo 400 uova mature saranno mai rilasciate; eppure quell’aggettivo è raramente usato per descrivere la produzione di vita di un uomo di oltre 2 trilioni di spermatozoi. Sia nella stampa popolare o scientifica, accoppiamento umano è comunemente raffigurato come un gigantesco evento di nuoto maratona in cui il più veloce, sperma più adatto vince il premio di fecondare l’uovo. Se questa narrazione fosse solo un retaggio pregiudizievole dal nostro passato sessista – una fantasia maschile offensiva basata su una scienza errata-sarebbe abbastanza grave, ma il continuo buy-in a informazioni di parte impedisce trattamenti cruciali per la fertilità per uomini e donne.

Per capire come siamo arrivati qui, un tour attraverso la storia può aiutare. La comprensione scientifica delle cellule sessuali e il processo di concezione umana è uno sviluppo relativamente recente. Un uovo, la cellula più grande di un corpo umano, è appena visibile ad occhio nudo, e grande quanto il periodo che termina questa frase. Quindi la più piccola cellula del corpo umano, uno sperma, è completamente invisibile per l’occhio nudo.

Lo sperma era sconosciuto alla scienza fino al 1677, quando lo scienziato dilettante olandese Antonie van Leeuwenhoek osservò per la prima volta lo sperma umano al microscopio. Più o meno nello stesso periodo, ci si rese conto che l’ovaio umano produceva uova, anche se non fu fino al 1827 che il biologo tedesco Karl Ernst von Baer riportò per la prima volta osservazioni reali di uova umane e di altri mammiferi.

Dopo la scoperta dello sperma da parte di van Leeuwenhoek, ci volle un altro secolo prima che qualcuno si rendesse conto che erano necessari per fecondare le uova. Quella rivelazione arrivò nel 1760, quando il sacerdote italiano e scienziato naturale Lazzaro Spallanzani, sperimentando su rane maschi che indossavano pantaloni di taffettà aderenti, dimostrò che le uova non si sarebbero sviluppate in girini a meno che lo sperma non fosse versato nell’acqua circostante. Stranamente, fino a quando Spallanzani ha annunciato le sue scoperte, è stato ampiamente pensato – anche da van Leeuwenhoek per alcuni anni-che gli spermatozoi fossero piccoli parassiti che vivono nello sperma umano. Fu solo nel 1876 che lo zoologo tedesco Oscar Hertwig dimostrò la fusione di sperma e uovo nei ricci di mare.

Alla fine, potenti microscopi hanno rivelato che un eiaculato umano medio, con un volume di circa mezzo cucchiaino, contiene circa 250 milioni di spermatozoi. Ma una domanda chiave rimane senza risposta: ‘Perché così tanti?”In effetti, gli studi dimostrano che i tassi di gravidanza tendono a diminuire una volta che l’eiaculato di un uomo contiene meno di 100 milioni di spermatozoi.

Chiaramente, quindi, quasi la metà dello sperma in un eiaculato umano medio sono necessari per la normale fertilità. Una spiegazione favorita per questo è la competizione degli spermatozoi, derivante da quella nozione macho-maschile di corsa degli spermatozoi per fertilizzare-spesso con la tesi aggiunta che più di un maschio potrebbe essere coinvolto. Come in una lotteria, più biglietti compri, più è probabile che tu vinca. La selezione naturale, il pensiero va, spinge il numero di spermatozoi alle stelle in una sorta di corsa agli armamenti per il premio fertilizzazione.

Esempi eclatanti di competizione spermatica abbondano davvero nel regno animale. I nostri parenti più stretti, gli scimpanzé, vivono in unità sociali contenenti diversi maschi adulti che si impegnano regolarmente in accoppiamenti promiscui; le femmine a loro volta sono accoppiate da più maschi. Numerose caratteristiche, come testicoli vistosamente grandi, riflettono un livello particolarmente elevato di produzione di spermatozoi in tali specie di mammiferi. Oltre ai grandi testicoli, hanno una rapida produzione di spermatozoi, un elevato numero di spermatozoi, grandi midpieces spermatici (contenenti numerosi mitocondri che generano energia per la propulsione), in particolare condotti muscolari che conducono lo sperma, grandi vescicole seminali e ghiandole prostatiche e un elevato numero di globuli bianchi (per neutralizzare gli agenti patogeni a trasmissione sessuale). Le vescicole e la ghiandola prostatica insieme producono liquido seminale, che può coagulare per formare un tappo nella vagina, bloccando temporaneamente l’accesso da altri maschi.

L’opinione popolare e persino molti scienziati perpetuano lo stesso scenario spermatico per gli esseri umani, ma le prove indicano una direzione diversa. Infatti, nonostante le varie affermazioni luride al contrario, non ci sono prove convincenti che gli uomini sono biologicamente adattati per la concorrenza sperma. La storia dell’abbondanza di sperma negli scimpanzé che si accoppiano promiscuamente contrasta con ciò che vediamo in vari altri primati, inclusi gli umani. Molti primati vivono in gruppi con un solo maschio riproduttore, mancano di competizione diretta e hanno testicoli notevolmente piccoli. In tutti i confronti rilevanti, gli esseri umani emergono come simili ai primati che vivono in gruppi di maschi singoli, inclusa la tipica famiglia nucleare. I testicoli umani di dimensioni di noce sono solo un terzo delle dimensioni dei testicoli degli scimpanzé, che sono circa le uova di gallina grandi. Inoltre, mentre l’eiaculato dello scimpanzé contiene notevolmente pochi spermatozoi fisicamente anormali, lo sperma umano contiene una grande percentuale di duds. I controlli di qualità sull’eiaculato umano sono stati apparentemente rilassati in assenza di concorrenza diretta dello sperma.

Il passaggio dello sperma è più simile a un impegnativo percorso ad ostacoli militare che a una gara di nuoto standard

Per le specie non regolarmente esposte alla competizione diretta dello sperma, l’unica spiegazione alternativa promettente per l’alto numero di spermatozoi riguarda la variazione genetica. In un paio di documenti raramente citati pubblicati più di quattro decenni fa, il biologo Jack Cohen presso l’Università di Birmingham nel Regno Unito ha notato un’associazione tra il numero di spermatozoi e la generazione di copie cromosomiche durante la produzione di sperma. Durante la meiosi, il tipo speciale di divisione cellulare che produce cellule sessuali, coppie di cromosomi scambiano pezzi di materiale attraverso l’attraversamento. Ciò che Cohen ha scoperto è che, attraverso le specie, il numero di spermatozoi aumenta in tandem con il numero di crossover durante la loro produzione. Crossing over aumenta la variazione, la materia prima essenziale per la selezione naturale. Pensa alla produzione di sperma come a una sorta di lotteria in cui vengono stampati abbastanza biglietti (sperma) per abbinare i numeri disponibili (diverse combinazioni genetiche).

Anche altri risultati volano di fronte allo scenario popolare. Per esempio, la maggior parte degli spermatozoi di mammiferi non nuotano infatti l’intero tratto femminile, ma sono passivamente trasportati parte o la maggior parte del modo pompando e diffondendo movimenti dell’utero e degli ovidotti. Sorprendentemente, lo sperma dei mammiferi più piccoli tende ad essere più lungo in media rispetto allo sperma dei mammiferi più grandi-uno sperma di topo è più lungo dello sperma di una balena. Ma anche se questi erano equivalenti in termini di dimensioni, nuotare fino a un uovo diventa più di un tratto più grande diventa una specie. In effetti, potrebbe essere fattibile per uno sperma di topo nuotare fino all’uovo – ma è del tutto impossibile per uno sperma di balena blu ancora più piccolo nuotare 100 volte più in alto nel tratto femminile senza aiuto. Prove convincenti hanno invece rivelato che lo sperma umano viene trasportato passivamente su distanze considerevoli durante il viaggio attraverso l’utero e gli ovidotti. Alla faccia dello sperma da corsa in stile olimpico!

Infatti, dei 250 milioni di spermatozoi nell’eiaculato umano medio, solo poche centinaia finiscono effettivamente nel sito di fecondazione in alto nell’ovidotto. Il passaggio dello sperma sul tratto femminile è più simile a un percorso ad ostacoli militare estremamente impegnativo rispetto a una gara di nuoto in stile sprint standard. Il numero di spermatozoi viene progressivamente ridotto mentre migrano lungo il tratto femminile, in modo che meno di uno su un milione dall’eiaculato originale circonderà l’uovo al momento della fecondazione. Qualsiasi sperma con anomalie fisiche vengono progressivamente eliminati lungo la strada, ma i sopravvissuti che circondano l’uovo sono un campione casuale di sperma intatto.

Molti spermatozoi non lo fanno nemmeno nel collo dell’utero (cervice). Le condizioni acide nella vagina sono ostili e lo sperma non sopravvive a lungo. Passando attraverso la cervice, molti spermatozoi che sfuggono alla vagina diventano intrappolati nel muco. Qualsiasi con deformità fisiche sono intrappolati. Inoltre, centinaia di migliaia di spermatozoi migrano in canali laterali, chiamati cripte, dove possono essere conservati per diversi giorni. Relativamente pochi spermatozoi viaggiano direttamente attraverso la cavità dell’utero e i numeri sono ulteriormente ridotti durante l’ingresso nell’ovidotto. Una volta nell’ovidotto, lo sperma viene temporaneamente legato alla superficie interna e solo alcuni vengono rilasciati e autorizzati ad avvicinarsi all’uovo.

Spingere l’idea che lo sperma fecondante sia una specie di campione olimpico ha oscurato il fatto che un eiaculato può contenere troppi spermatozoi. Se gli spermatozoi circondano l’ovulo in numero eccessivo, il pericolo di fertilizzazione da parte di più di uno (polyspermy) si pone con risultati catastrofici. La polispermia si verifica occasionalmente negli esseri umani, specialmente quando i padri hanno un numero di spermatozoi molto alto. Nel risultato più comune in cui due spermatozoi fecondano un ovulo, le cellule dell’embrione risultante contengono 69 cromosomi invece dei soliti 46. Questo è sempre fatale, di solito con conseguente aborto spontaneo. Anche se alcuni individui sopravvivono fino alla nascita, scadono sempre poco dopo. Poiché la polispermia ha tipicamente un esito fatale, l’evoluzione ha evidentemente portato a una serie di ostacoli nel tratto riproduttivo femminile che limitano strettamente il numero di spermatozoi autorizzati a circondare un uovo.

Polyspermy ha implicazioni pratiche per la riproduzione assistita nei casi di fertilità compromessa o infertilità. Ad esempio, la procedura standard originale di introduzione dello sperma nella vagina per l’inseminazione artificiale è stata sostituita dall’iniezione diretta nell’utero (inseminazione intrauterina o IUI). L’introduzione diretta dello sperma nell’utero bypassa la riduzione del numero di spermatozoi che normalmente si verifica nella cervice, dove il muco elimina lo sperma fisicamente anormale. Le analisi dei dati clinici hanno rivelato che depositare 20 milioni di spermatozoi nell’utero (meno di un decimo del numero nell’eiaculato medio) è sufficiente per raggiungere un tasso di gravidanza di routine.

Il numero di spermatozoi diventa ancora più importante quando si tratta di fecondazione in vitro (IVF), con l’esposizione diretta di un ovulo allo sperma in un recipiente di vetro. Questo bypassa ogni singolo uno dei filtri naturali tra la vagina e l’uovo. Nel primo sviluppo della fecondazione in vitro, la tendenza generale era quella di utilizzare troppi spermatozoi. Ciò rifletteva il comprensibile obiettivo di massimizzare il successo della fertilizzazione, ma ignorava i processi naturali. Gli alti numeri di spermatozoi tra 50.000 e 0,5 milioni hanno sempre più depresso il tasso di successo. I tassi di fertilizzazione ottimali sono stati raggiunti con solo 25.000 spermatozoi intorno a un uovo. Sia IUI che FIV aumentano potenzialmente il rischio di polyspermy e la probabilità di aborto spontaneo.

La fertilizzazione umana è una gigantesca lotteria con 250 milioni di biglietti: per lo sperma sano, è la fortuna del sorteggio

La possibilità di polyspermy getta nuova luce sull’evoluzione del numero di spermatozoi. Le discussioni sulla competizione spermatica generalmente si concentrano esclusivamente sulla massimizzazione del numero di spermatozoi, ma – come è comune in biologia-è coinvolta una sorta di trade-off. Mentre la selezione naturale può portare ad un aumento della produzione di sperma se i maschi sono in competizione diretta, favorirà anche i meccanismi nel tratto femminile che limitano il numero di spermatozoi intorno all’uovo. Nei primati che si accoppiano promiscuamente, come gli scimpanzé, l’aumento della lunghezza dell’ovidotto nelle femmine compensa l’aumento della produzione di sperma da parte dei maschi. Questo presumibilmente limita il numero di spermatozoi che si avvicinano all’uovo. Mostra inoltre che il ruolo della femmina nella fecondazione non è affatto così passivo come spesso si presume.

L’idea radicata che “il miglior sperma vince” ha suscitato vari suggerimenti che si verifichi un qualche tipo di selezione, ma è difficile immaginare come ciò possa accadere. Il DNA in una testa di sperma è strettamente legato e praticamente cristallino, quindi come potrebbero essere rilevate le sue proprietà dall’esterno? Gli esperimenti sui topi indicano, ad esempio, che non esiste alcuna selezione a seconda che uno sperma contenga un cromosoma Y che determina il maschio o un cromosoma X che determina la femmina. Sembra molto più probabile che la fecondazione umana sia una gigantesca lotteria con 250 milioni di biglietti, in cui – per lo sperma sano-la fecondazione riuscita è essenzialmente la fortuna del sorteggio.

Altre caratteristiche sconcertanti dello sperma attendono anche spiegazioni. È noto da tempo, ad esempio, che lo sperma umano contiene una grande percentuale di spermatozoi strutturalmente anormali con evidenti difetti come doppie code o piccole teste. L’ipotesi “kamikaze sperm” ha proposto che questi spermatozoi dud in realtà svolgono diverse funzioni in competizione, come bloccare o persino uccidere lo sperma di altri uomini. Tuttavia, questo da allora è stato effettivamente screditato.

La nozione radicata che lo sperma umano, una volta eiaculato, si impegna in una corsa frenetica per raggiungere l’uovo ha completamente oscurato la vera storia della riproduzione, inclusa la prova che molti spermatozoi non precipitano verso l’uovo ma vengono invece conservati per molti giorni prima di procedere. È stato a lungo accettato come fatto accertato che lo sperma umano sopravvive solo per due giorni nel tratto genitale di una donna. Tuttavia, dalla metà degli anni 1970 in poi, prove crescenti hanno rivelato che lo sperma umano può sopravvivere intatto per almeno cinque giorni. Un lungo periodo di sopravvivenza dello sperma è ora ampiamente accettato, e potrebbe essere fino a 10 giorni o più.

Altri miti abbondano. Molto è stato scritto sul muco prodotto dalla cervice umana. Nei cosiddetti metodi “naturali” di controllo delle nascite, la consistenza del muco che trasuda dalla cervice è stata utilizzata come indicatore chiave. Vicino all’ovulazione, il muco cervicale è sottile e ha una consistenza acquosa e scivolosa. Ma poco prezioso è stato segnalato per quanto riguarda l’associazione tra muco e deposito di sperma nella cervice. È stato chiaramente stabilito che gli spermatozoi sono immagazzinati nelle cripte da cui scorre il muco. Ma la nostra conoscenza del processo in questione è purtroppo limitata a un singolo studio riportato nel 1980 dal ginecologo Vaclav Insler e colleghi dell’Università di Tel Aviv in Israele.

In questo studio, 25 donne si sono coraggiosamente offerte volontarie di essere inseminate artificialmente il giorno prima della rimozione chirurgica programmata dell’utero (isterectomia). Quindi, Insler e il suo team hanno esaminato microscopicamente lo sperma immagazzinato nelle cripte in sezioni seriali della cervice. Entro due ore dall’inseminazione, lo sperma ha colonizzato l’intera lunghezza della cervice. La dimensione della cripta era molto variabile e gli spermatozoi venivano immagazzinati principalmente in quelli più grandi. Insler e colleghi hanno calcolato il numero di cripte contenenti sperma e densità di sperma per cripta. In alcune donne, fino a 200.000 spermatozoi sono stati conservati nelle cripte cervicali.

Insler e colleghi hanno anche riferito che lo sperma vivo era stato effettivamente trovato nel muco cervicale fino al nono giorno dopo l’inseminazione. Riassumendo le prove disponibili, hanno suggerito che dopo l’inseminazione la cervice funge da serbatoio di sperma da cui lo sperma vitale viene gradualmente rilasciato per farsi strada nell’ovidotto. Questa drammatica scoperta è stata ampiamente citata ma in gran parte ignorata, e non c’è mai stato uno studio di follow-up.

Le mutazioni si accumulano quattro volte più velocemente nello sperma che nelle uova, quindi lo sperma dei vecchi è carico di rischio

Nel suo libro di testo Conception in the Human Female (1980)-più di 1.000 pagine di lunghezza – Sir Robert Edwards, un destinatario del premio Nobel 2010 per lo sviluppo della fecondazione in vitro, ha menzionato le cripte cervicali in Da allora, molti altri autori hanno menzionato lo stoccaggio dello sperma in quelle cripte cervicali altrettanto brevemente. Tuttavia, la conservazione dello sperma, con rilascio graduale, ha importanti implicazioni per la riproduzione umana. Fondamentalmente, la nozione diffusa di una “finestra fertile” limitata nel ciclo mestruale dipende dalla saggezza da lungo tempo accettata che lo sperma sopravvive solo due giorni dopo l’inseminazione. La sopravvivenza dello sperma forse per 10 giorni o più erode radicalmente la base per i cosiddetti metodi “naturali” di controllo delle nascite attraverso l’evitamento del concepimento. Lo stoccaggio dello sperma è anche direttamente rilevante per i tentativi di trattare l’infertilità.

Un altro malinteso pericoloso è il mito che gli uomini mantengono la piena fertilità in età avanzata, in netto contrasto con la brusca cessazione della fertilità osservata nelle donne in menopausa. Prove abbondanti mostrano che, negli uomini, il numero di spermatozoi e la qualità diminuiscono con l’aumentare dell’età. Inoltre, è recentemente emerso che le mutazioni si accumulano circa quattro volte più velocemente nello sperma che nelle uova, quindi lo sperma degli uomini anziani è in realtà carico di rischio.

Molto è stato scritto sul fatto che nelle società industrializzate l’età alla prima nascita sta aumentando nelle donne, accompagnata da problemi riproduttivi che stanno lentamente aumentando. Una soluzione proposta è la procedura altamente invasiva e molto costosa di “conservazione della fertilità” in cui le uova vengono raccolte da giovani donne per essere utilizzate più tardi nella vita. Tuttavia, i crescenti problemi riproduttivi con gli uomini anziani, in particolare un accumulo più rapido di mutazioni spermatiche, sono passati in gran parte senza menzione. Un modo molto efficace e molto meno costoso e invasivo per ridurre i problemi riproduttivi per le coppie anziane sarebbe sicuramente quello di conservare campioni di sperma da giovani uomini da utilizzare più tardi nella vita. Questo è solo uno dei vantaggi da ottenere da meno sessismo e una conoscenza più affidabile nel regno della riproduzione umana.

Al giorno d’oggi, la storia dell’homunculus di Hartsoeker potrebbe sembrare velata nella nebbia del tempo, menzionata solo come una divertente illustrazione di errori nella prima esplorazione delle cellule sessuali umane. Ma la sua influenza, insieme al pregiudizio macho-maschile che lo ha generato, ha vissuto in forma più sottile tra gli stereotipi culturali che influenzano le domande che ci poniamo sulla biologia riproduttiva.