zanim nauka była w stanie rzucić światło na ludzką reprodukcję, większość ludzi uważała, że nowe życie powstało dzięki spontanicznemu pokoleniu z nieożywionej materii. To zmieniło się w połowie XVII wieku, kiedy filozofowie przyrody byli w stanie (ledwo) zobaczyć żeńskie jajo, czyli jajo, gołym okiem. Teoretyzowali, że całe życie zrodziło się w momencie Boskiego stworzenia; jedna osoba istniała wewnątrz drugiej w jajach kobiety, jak rosyjskie laleczki. Ten pogląd na reprodukcję, zwany preformacją, dobrze pasował klasie rządzącej. „Umieszczając linie wewnątrz siebie”, zauważa portugalska biolog i pisarka Clara Pinto-Correia w „jajniku Ewy” (1997), „preformacja mogła funkcjonować jako” politycznie poprawna ” antydemokratyczna Doktryna, pośrednio legitymizująca system dynastyczny – i oczywiście czołowi filozofowie przyrody rewolucji naukowej z pewnością nie byli sługami.”

można by pomyśleć, że wraz z postępem nauki, zmiażdży ona teorię rosyjsko-dolską poprzez jej świadomą biologiczną soczewkę. Ale to nie jest dokładnie to, co miało miejsce-zamiast tego, gdy mikroskop w końcu umożliwił naukowcom zobaczyć nie tylko jaja, ale spermę, teoria preformacji przekształciła się w nową, jeszcze bardziej patriarchalną zarozumiałość polityczną: teraz, trzymane filozofów i niektórych studentów reprodukcji, jajko było tylko pasywnym pojemnikiem czekającym na energiczne plemniki, aby wywołać rozwój. A sperma? W głowie każdego z nich znajdował się maleńki, wstępnie uformowany człowiek-homunkulus, a dokładnie homunkulus. Holenderski matematyk i fizyk Nicolaas Hartsoeker, wynalazca mikroskopu śrubowo-beczkowego, narysował swój obraz homunkulusa, gdy sperma stała się widoczna po raz pierwszy w 1695 roku. Hartsoeker przyznał wtedy, że nie widział homunkulusa w głowie plemnika, ale przekonał się, że tam jest.

potężniejsze mikroskopy w końcu wyrzuciły homunkulusa na śmietnik historii – ale pod pewnymi względami niewiele się zmieniło. Przede wszystkim, dziedzictwo homunkulusa przeżywa uparcie uporczywe wyobrażenie jaja jako biernego uczestnika zapłodnienia, oczekując na aktywne plemniki, które przepłyną przez gradową burzę wyzwań, aby uwiecznić życie. To zrozumiałe – choć niefortunne-że laicy mogą przyjąć te błędne, seksistowskie paradygmaty i metafory. Ale winni są również biolodzy i lekarze.

To było w stosunkowo ostatnim roku 1991, długo po tym, jak większość prawdziwej nauki została osadzona w kamieniu, Amerykańska antropolog Emily Martin, obecnie na Uniwersytecie Nowojorskim, opisała coś, co nazwała „naukową bajką” – obrazem jaj i spermy, który sugeruje, że „żeńskie procesy biologiczne są mniej godne niż ich męskie przeciw-części „i że” kobiety są mniej godne niż mężczyźni”. Jajnik, na przykład, jest przedstawiony z ograniczonym zapasem jaj startowych wyczerpanych w ciągu życia, podczas gdy jądra są mówi się produkować nowe plemniki przez całe życie. Produkcja ludzkich jaj jest powszechnie opisywana jako „marnotrawstwo”, ponieważ z 300 000 komórek startowych jaj obecnych w okresie dojrzewania, tylko 400 dojrzałych jaj zostanie uwolnionych; jednak ten przymiotnik jest rzadko używany do opisania produkcji człowieka przez całe życie ponad 2 bilionów plemników. Czy to w prasie popularnej, czy naukowej, kojarzenie ludzi jest powszechnie przedstawiane jako gigantyczny maraton pływacki, w którym najszybsze, najsilniejsze plemniki wygrywają nagrodę zapłodnienia jaja. Gdyby ta narracja była tylko uprzedzającą przerwą od naszej seksistowskiej przeszłości – obraźliwą męską fantazją opartą na błędnej nauce – to byłoby wystarczająco złe, ale ciągłe kupowanie stronniczych informacji utrudnia kluczowe leczenie bezpłodności zarówno dla mężczyzn, jak i kobiet.

aby zrozumieć, jak się tu znaleźliśmy, może pomóc wycieczka przez historię. Naukowe zrozumienie komórek płciowych i procesu ludzkiego poczęcia jest stosunkowo niedawnym rozwojem. Jajo, największa komórka w ludzkim ciele, jest ledwo widoczne gołym okiem i mniej więcej tak duże, jak okres kończący to zdanie. Najmniejsza komórka ludzkiego ciała, sperma, jest całkowicie niewidoczna dla oka.

plemniki były nieznane nauce do 1677 roku, kiedy Holenderski Naukowiec-amator Antonie van Leeuwenhoek po raz pierwszy zaobserwował ludzkie plemniki pod mikroskopem. Mniej więcej w tym samym czasie zdano sobie sprawę, że ludzki jajnik produkuje jaja, chociaż dopiero w 1827 roku niemiecki biolog Karl Ernst von Baer po raz pierwszy opisał rzeczywiste obserwacje jaj ludzkich i innych ssaków.

po odkryciu spermy przez van Leeuwenhoeka upłynęło kolejne sto lat, zanim ktokolwiek zorientował się, że są one potrzebne do zapłodnienia jaj. Odkrycie to przyszło w 1760 roku, kiedy włoski ksiądz i przyrodnik Lazzaro Spallanzani, eksperymentując na męskich żab noszących obcisłe spodnie z tafty, wykazał, że jaja nie przekształcą się w kijanki, chyba że sperma zostanie przelana do otaczającej wody. Co dziwne, dopóki Spallanzani nie ogłosił swoich odkryć, powszechnie uważano-nawet przez kilka lat van Leeuwenhoek – że sperma to małe pasożyty żyjące w ludzkim nasieniu. Dopiero w 1876 roku niemiecki zoolog Oscar Hertwig zademonstrował fuzję plemników i jaj w jeżowcach.

w końcu potężne mikroskopy ujawniły, że przeciętny ludzki ejakulat, o objętości około pół łyżeczki, zawiera około 250 milionów plemników. Ale kluczowe pytanie pozostaje bez odpowiedzi: „dlaczego tak wielu?”W rzeczywistości badania pokazują, że wskaźniki ciąży mają tendencję do spadku, gdy Wytrysk mężczyzny zawiera mniej niż 100 milionów plemników.

oczywiście, prawie połowa plemników w przeciętnym ludzkim ejakulacie jest potrzebna do normalnej płodności. Preferowanym wyjaśnieniem tego jest konkurencja plemników, wynikająca z tego macho-męskiego pojęcia o ściganiu się plemników w celu zapłodnienia-często z dodatkowym twierdzeniem, że więcej niż jeden samiec może być zaangażowany. Podobnie jak w loterii, im więcej kuponów kupisz, tym bardziej prawdopodobne jest, że wygrasz. Dobór naturalny napędza liczbę plemników w wyścigu zbrojeń o nagrodę za zapłodnienie.

uderzające przykłady konkurencji plemników rzeczywiście obfitują w królestwie zwierząt. Nasi najbliżsi krewni, szympansy, żyją w jednostkach społecznych zawierających kilka dorosłych samców, które regularnie angażują się w rozwiązłe kojarzenie; samice z kolei są pokrywane przez wielu samców. Liczne cechy, takie jak wyraźnie duże jądra, odzwierciedlają szczególnie wysoki poziom produkcji plemników u takich gatunków ssaków. Oprócz dużych jąder mają one szybką produkcję plemników, wysoką liczbę plemników, duże części środkowe plemników (zawierające liczne mitochondria generujące energię do napędu), w szczególności mięśniowe kanały przewodzące plemniki, duże pęcherzyki nasienne i gruczoły prostaty oraz wysoką liczbę białych krwinek (w celu neutralizacji patogenów przenoszonych drogą płciową). Pęcherzyki i gruczoł krokowy razem wytwarzają płyn nasienny, który może koagulować, tworząc wtyczkę w pochwie, tymczasowo blokując dostęp innym mężczyznom.

popularna opinia, a nawet wielu naukowców podtrzymuje ten sam scenariusz plemników dla ludzi, ale dowody wskazują na inny kierunek. W rzeczywistości, pomimo różnych ponurych twierdzeń przeciwnych, nie ma przekonujących dowodów, że mężczyźni są biologicznie przystosowani do konkurencji plemników. Historia obfitości plemników u rozwiązłych szympansów współżyjących kontrastuje z tym, co widzimy u różnych innych naczelnych, w tym u ludzi. Wiele naczelnych żyje w grupach z tylko jednym samcem hodowlanym, nie ma bezpośredniej konkurencji i ma szczególnie małe jądra. We wszystkich istotnych porównaniach ludzie są podobni do naczelnych żyjących w grupach samotnych samców-w tym typowej rodziny nuklearnej. Jądra ludzkie wielkości orzecha włoskiego są tylko jedną trzecią wielkości jąder szympansów, które są mniej więcej jak duże jaja kurze. Co więcej, podczas gdy ejakulat szympansa zawiera wyjątkowo mało nieprawidłowych fizycznie plemników, nasienie ludzkie zawiera duży odsetek niewypałów. Kontrole jakości ludzkiego ejakulatu pozornie zostały złagodzone w przypadku braku bezpośredniej konkurencji plemników.

przejście plemników jest bardziej jak wymagający wojskowy tor przeszkód niż standardowy wyścig pływacki

w przypadku gatunków, które nie są regularnie narażone na bezpośrednie współzawodnictwo plemników, jedynym obiecującym alternatywnym wyjaśnieniem wysokiej liczby plemników jest zmienność genetyczna. W kilku rzadko cytowanych artykułach opublikowanych ponad cztery dekady temu, Biolog Jack Cohen z Uniwersytetu w Birmingham w Wielkiej Brytanii zauważył związek między liczbą plemników a generowaniem kopii chromosomów podczas produkcji nasienia. Podczas mejozy, specjalnego rodzaju podziału komórek, który wytwarza komórki płciowe, pary chromosomów wymieniają kawałki materiału poprzez krzyżowanie się. Cohen odkrył, że w różnych gatunkach liczba plemników wzrasta wraz z liczbą zwrotnic podczas ich produkcji. Przekraczanie zwiększa zmienność, niezbędny surowiec do doboru naturalnego. Pomyśl o produkcji spermy jako rodzaj loterii, w której drukuje się wystarczającą ilość kuponów (plemników), aby dopasować dostępne liczby (różne kombinacje genetyczne).

inne ustalenia również przelatują w obliczu popularnego scenariusza. Na przykład, większość plemników ssaków w rzeczywistości nie pływa w całym przewodzie żeńskim, ale są biernie transportowane w części lub w większości drogi przez pompowanie i unoszące się ruchy macicy i jajowodów. Co zdumiewające, plemniki mniejszych ssaków wydają się być średnio dłuższe niż plemniki większych ssaków – plemniki myszy są dłuższe niż plemniki wieloryba. Ale nawet jeśli były one równoważne, pływanie do jaja staje się bardziej rozciągliwe, im większy gatunek dostaje. Rzeczywiście, możliwe jest, aby plemniki myszy płynęły aż do jaja – ale jest całkiem niemożliwe, aby jeszcze mniejsze plemniki wieloryba Błękitnego płynęły 100 razy dalej w górę żeńskiego przewodu pokarmowego bez pomocy. Przekonujące dowody wykazały natomiast, że ludzkie plemniki są biernie transportowane na znaczne odległości podczas podróży przez macicę i w górę jajowodów. To tyle jeśli chodzi o wyścig spermy W Stylu Olimpijskim!

w rzeczywistości, z 250 milionów plemników w przeciętnym ludzkim ejakulacie, tylko kilkaset kończy się w miejscu zapłodnienia wysoko w jajowodzie. Przejście plemników przez kobiece drogi jest bardziej jak niezwykle wymagający wojskowy tor przeszkód niż standardowy sprint w stylu pływania. Liczba plemników jest stopniowo zmniejszana, gdy migrują w górę żeńskiego przewodu pokarmowego, tak że mniej niż jeden na milion z pierwotnego ejakulatu otacza jajko w czasie zapłodnienia. Wszelkie plemniki z anomaliami fizycznymi są stopniowo eliminowane po drodze, ale ocaleni otaczający jajko są losową próbką nienaruszonych plemników.

wiele plemników nie dostaje się nawet do szyjki macicy (szyjki macicy). Kwaśne warunki w pochwie są wrogie, a plemniki nie przetrwają tam długo. Przechodząc przez szyjkę macicy, wiele plemników, które wydostają się z pochwy, zostaje usidlonych w śluzie. Każdy z fizycznymi deformacjami jest uwięziony. Co więcej, setki tysięcy plemników migrują do kanałów bocznych, zwanych kryptami, gdzie mogą być przechowywane przez kilka dni. Stosunkowo niewiele plemników przemieszcza się bezpośrednio przez jamę macicy, a liczba jest dodatkowo zmniejszona podczas wejścia do jajowodu. Po przedostaniu się do jajowodu plemniki są tymczasowo związane z wewnętrzną powierzchnią, a tylko niektóre są uwalniane i mogą zbliżyć się do jaja.

popychanie poglądu, że zapłodniona sperma jest jakimś mistrzem olimpijskim, przesłoniło fakt, że wytrysk może zawierać zbyt wiele spermy. Jeśli plemniki otaczają jajko w nadmiernej liczbie, niebezpieczeństwo zapłodnienia przez więcej niż jedno (polispermy) powstaje z katastrofalnymi skutkami. Polispermy sporadycznie występują u ludzi, zwłaszcza gdy ojcowie mają bardzo wysoką liczbę plemników. W najbardziej powszechnym wyniku, w którym dwa plemniki zapłodnią jajo, komórki powstałego zarodka zawierają 69 chromosomów zamiast zwykle 46. Jest to zawsze śmiertelne, zwykle skutkuje poronieniem. Chociaż niektóre osobniki przeżywają aż do narodzin, zawsze wygasa krótko po tym. Ponieważ polisperma zazwyczaj kończy się śmiercią, ewolucja najwyraźniej doprowadziła do szeregu przeszkód w żeńskim układzie rozrodczym, które ściśle ograniczają liczbę plemników, które mogą otaczać jajo.

Polisperma ma praktyczne konsekwencje dla wspomaganego rozrodu w przypadkach upośledzonej płodności lub niepłodności. Na przykład pierwotna standardowa procedura wprowadzania nasienia do pochwy w celu sztucznego zapłodnienia została zastąpiona bezpośrednim wstrzyknięciem do macicy (inseminacja wewnątrzmaciczna lub IUI). Bezpośrednie wprowadzenie nasienia do macicy omija zmniejszenie liczby plemników, które zwykle występuje w szyjce macicy, gdzie śluz chwasty się fizycznie nieprawidłowe plemniki. Analizy danych klinicznych wykazały, że deponowanie 20 milionów plemników w łonie matki (mniej niż 10% liczby w średnim ejakulacie) wystarczy, aby osiągnąć rutynowy wskaźnik ciąży.

liczba plemników staje się jeszcze ważniejsza, jeśli chodzi o zapłodnienie in vitro (IVF), dzięki bezpośredniej ekspozycji komórki jajowej na plemniki w szklanym naczyniu. To omija każdy z naturalnych filtrów między pochwą a jajkiem. We wczesnym rozwoju IVF ogólna tendencja polegała na używaniu zbyt wielu plemników. Odzwierciedlało to zrozumiały cel maksymalizacji sukcesu nawożenia, ale ignorowało naturalne procesy. Wysokie liczby plemników od 50 000 do 0,5 miliona coraz bardziej obniża wskaźnik sukcesu. Optymalne tempo zapłodnienia uzyskano przy użyciu zaledwie 25 000 plemników wokół komórki jajowej. Zarówno IUI, jak i IVF potencjalnie zwiększają ryzyko polispermii i prawdopodobieństwo poronienia.

zapłodnienie człowieka to gigantyczna loteria z 250 milionami kuponów: dla zdrowych plemników to szczęście losowania

możliwość polispermy rzuca nowe światło na ewolucję liczby plemników. Dyskusje na temat współzawodnictwa plemników skupiają się głównie na maksymalizacji liczby plemników, ale – jak to jest powszechne w biologii-wiąże się z tym pewien rodzaj kompromisu. Podczas gdy dobór naturalny może prowadzić do zwiększonej produkcji plemników, jeśli mężczyźni są w bezpośredniej konkurencji, będzie również sprzyjać mechanizmom w przewodzie żeńskim, które ograniczają liczbę plemników wokół komórki jajowej. U ssaków naczelnych, takich jak szympansy, wydłużenie długości jajowodu u samic powoduje zwiększenie produkcji plemników przez samce. To prawdopodobnie ogranicza liczbę plemników zbliżających się do jaja. Pokazuje również, że rola samicy w zapłodnieniu nie jest bynajmniej tak bierna, jak się często zakłada.

zakorzeniona idea, że „najlepsze plemniki wygrywają”, wzbudziła różne sugestie, że dochodzi do pewnego rodzaju selekcji, ale trudno sobie wyobrazić, jak to możliwe. DNA w głowie plemnika jest ściśle związane i praktycznie krystaliczne, więc jak można wykryć jego właściwości z zewnątrz? Eksperymenty na myszach wskazują na przykład, że nie ma wyboru w zależności od tego, czy plemnik zawiera męski chromosom Y, czy żeński chromosom X. Znacznie bardziej prawdopodobne wydaje się, że ludzkie zapłodnienie jest gigantyczną loterią z 250 milionami kuponów, w której – dla zdrowego nasienia – udane zapłodnienie jest zasadniczo szczęściem losowania.

Inne zagadkowe cechy spermy również czekają na Wyjaśnienie. Od dawna wiadomo, na przykład, że nasienie ludzkie zawiera dużą część strukturalnie nieprawidłowych plemników z oczywistymi wadami, takimi jak podwójne ogony lub małe głowy. Hipoteza „kamikaze sperm” sugerowała, że te niewypełnione plemniki w rzeczywistości pełnią różne funkcje w konkurencji, takie jak blokowanie lub nawet zabijanie plemników od innych mężczyzn. Jednak od tego czasu zostało to skutecznie zdyskredytowane.

zakorzenione przekonanie, że ludzkie plemniki, po wytrysku, angażują się w szalony wyścig, aby dotrzeć do jaja, całkowicie przyćmiło prawdziwą historię rozmnażania, w tym dowody na to, że wiele plemników nie pęka w kierunku jaja, ale są przechowywane przez wiele dni przed kontynuowaniem. Od dawna uznawano za ustalony fakt, że ludzkie plemniki przetrwają tylko dwa dni w kobiecych drogach rodnych. Jednak od połowy lat 70. coraz więcej dowodów ujawniło, że ludzkie nasienie może przetrwać w stanie nienaruszonym przez co najmniej pięć dni. Przedłużony okres przeżycia plemników jest obecnie powszechnie akceptowane, i może to być tak długo, jak 10 dni lub więcej.

obfitują inne mity. Wiele napisano o śluzie wytwarzanym przez ludzką szyjkę macicy. W tak zwanych „naturalnych” metodach kontroli urodzeń jako kluczowy wskaźnik wykorzystano konsystencję śluzu wylewającego się z szyjki macicy. W pobliżu owulacji śluz szyjkowy jest cienki i ma wodnistą, śliską teksturę. Ale cenne niewiele odnotowano w odniesieniu do związku między śluzu i przechowywania plemników w szyjce macicy. Wyraźnie ustalono, że plemniki są przechowywane w kryptach, z których wypływa śluz. Ale nasza wiedza na temat tego procesu jest niestety ograniczona do jednego badania zgłoszonego w 1980 roku przez ginekologa Vaclava Inslera i współpracowników z Uniwersytetu w Tel Awiwie w Izraelu.

w tym badaniu 25 kobiet odważnie zgłosiło się do sztucznego zapłodnienia w dniu poprzedzającym zaplanowane chirurgiczne usunięcie macicy (histerektomia). Następnie Insler i jego zespół zbadali mikroskopowo plemniki przechowywane w kryptach w seryjnych odcinkach szyjki macicy. W ciągu dwóch godzin po zapłodnieniu plemniki skolonizowały całą długość szyjki macicy. Wielkość krypt była bardzo zmienna, a plemniki były przechowywane głównie w większych. Insler i współpracownicy obliczyli liczbę krypt zawierających plemniki i gęstość plemników na kryptę. U niektórych kobiet w kryptach szyjki macicy przechowywano do 200 000 plemników.

Insler i współpracownicy poinformowali również, że żywe plemniki znaleziono w śluzie szyjki macicy do dziewiątego dnia po inseminacji. Podsumowując dostępne dowody, zasugerowali oni, że po zapłodnieniu szyjka macicy służy jako zbiornik nasienia, z którego żywe plemniki są stopniowo uwalniane, aby przedostać się do jajowodu. To dramatyczne odkrycie było powszechnie cytowane, ale w dużej mierze ignorowane i nigdy nie przeprowadzono dalszych badań.

mutacje gromadzą się cztery razy szybciej w nasieniu niż w jajkach, więc nasienie od starszych mężczyzn jest obciążone ryzykiem

w swoim podręczniku Conception in The Human Female (1980)-ponad 1000 stron – Sir Robert Edwards, laureat Nagrody Nobla 2010 za rozwój IVF, wspomniał w jednym zdaniu o kryptach szyjkowych. Od tego czasu wielu innych autorów wspomniało równie krótko o przechowywaniu spermy w tych kryptach szyjki macicy. Jednak przechowywanie plemników, ze stopniowym uwalnianiem, ma poważne konsekwencje dla ludzkiej reprodukcji. Co najważniejsze, powszechne pojęcie ograniczonego „płodnego okna” w cyklu miesiączkowym zależy od długo akceptowanej mądrości, że plemniki przetrwają tylko dwa dni po zapłodnieniu. Przetrwanie plemników może przez 10 dni lub więcej radykalnie niszczy podstawy tak zwanych „naturalnych” metod kontroli urodzeń poprzez unikanie poczęcia. Przechowywanie plemników jest również bezpośrednio istotne dla prób leczenia niepłodności.

kolejnym niebezpiecznym błędem jest mit, że mężczyźni zachowują pełną płodność do starości, wyraźnie kontrastujący z nagłym ustaniem płodności u kobiet w okresie menopauzy. Obfite dowody pokazują, że u mężczyzn liczba plemników i jakość spadają wraz ze wzrostem wieku. Co więcej, niedawno okazało się, że mutacje gromadzą się około cztery razy szybciej w plemnikach niż w jajach, więc nasienie od starszych mężczyzn jest rzeczywiście obciążone ryzykiem.

wiele napisano o tym, że w społeczeństwach uprzemysłowionych wiek przy pierwszym porodzie wzrasta u kobiet, czemu towarzyszą powoli narastające problemy rozrodcze. Proponowanym rozwiązaniem jest wysoce inwazyjna i bardzo kosztowna procedura „zachowania płodności”, w której jaja są zbierane od młodych kobiet do wykorzystania w późniejszym życiu. Jednak coraz większe problemy z reprodukcją u starzejących się mężczyzn, a zwłaszcza szybsze gromadzenie się mutacji plemników, w dużej mierze nie zostały zauważone. Jednym z bardzo skutecznych, znacznie tańszych i inwazyjnych sposobów ograniczenia problemów rozrodczych starzejących się par z pewnością byłoby przechowywanie próbek nasienia młodych mężczyzn, które będą wykorzystywane w późniejszym życiu. To tylko jedna z korzyści płynących z mniejszego seksizmu i bardziej wiarygodnej wiedzy w dziedzinie ludzkiej reprodukcji.

w dzisiejszych czasach historia homunkulusa Hartsoekera może wydawać się zawoalowana we mgle czasu, wspominana tylko jako zabawna ilustracja błędów we wczesnych badaniach ludzkich komórek płciowych. Ale jego wpływ, wraz z macho-męskim uprzedzeniem, które go zrodziło, żył w subtelniejszej formie wśród kulturowych stereotypów, które wpływają na pytania, które zadajemy o biologii reprodukcyjnej.