innan vetenskapen kunde kasta ljus på mänsklig reproduktion trodde de flesta att nytt liv uppstod genom spontan generation från icke-levande materia. Det förändrade en smidgen i mitten av 17th century, när naturfilosofer kunde (knappt) se det kvinnliga ägget eller ägget med blotta ögat. De teoretiserade att allt liv skapades i det gudomliga skapelsens ögonblick; en person fanns inuti den andra i en kvinnas ägg, som ryska häckande dockor. Denna syn på reproduktion, kallad preformation, passade den härskande klassen väl. ”Genom att sätta linjer inuti varandra”, konstaterar den portugisiska utvecklingsbiologen och författaren Clara Pinto-Correia i Eves äggstock (1997), ”kunde preformation fungera som en” politiskt korrekt ” antidemokratisk doktrin, implicit legitimera det dynastiska systemet – och naturligtvis var de ledande naturfilosoferna i den vetenskapliga revolutionen verkligen inte tjänare.’

man kan tro att när vetenskapen utvecklades skulle den krossa den ryska dockteorin genom sin klara biologiska lins. Men det är inte precis vad som hände – istället, när mikroskopet äntligen gjorde det möjligt för forskare att se inte bara ägg utan spermier, förvandlades preformationsteorin till en ny, ännu mer patriarkalisk politisk föreställning: nu höll filosofer och några reproduktionsstudenter, ägget var bara en passiv behållare som väntade på kraftig Sperma att komma fram för att utlösa utveckling. Och spermier? Huvudet på var och en innehöll en liten förformad människa-en homunculus, för att vara exakt. Den holländska matematikern och fysikern Nicolaas Hartsoeker, uppfinnaren av skruvcylindermikroskopet, ritade sin bild av homunculus när spermier blev synliga för första gången 1695. Han såg faktiskt inte en homunculus i spermiehuvudet, Hartsoeker medgav då, men han övertygade sig om att den var där.

mer kraftfulla mikroskop förflyttade så småningom homunculus till historiens soptunna – men på vissa sätt har inte mycket förändrats. Framför allt överlever arvet från homunculus i den envis ihållande uppfattningen om ägget som en passiv deltagare i befruktning, i väntan på att den aktiva spermierna simmar genom en hagelstorm av utmaningar för att upprätthålla livet. Det är förståeligt – men olyckligt-att en lekman kan anta dessa felaktiga, sexistiska paradigmer och metaforer. Men biologer och läkare är också skyldiga.

det var under det relativt senaste året 1991, långt efter att mycket av den verkliga vetenskapen hade satts i sten, som den amerikanska antropologen Emily Martin, nu vid New York University, beskrev vad hon kallade en ’vetenskaplig saga’ – en bild av ägg och spermier som antyder att ’kvinnliga biologiska processer är mindre värdiga än sina manliga motdelar’ och att ’kvinnor är mindre värdiga än män’. Äggstocken, till exempel, avbildas med ett begränsat lager av startägg utarmat under en livstid medan testiklarna sägs producera nya spermier under hela livet. Mänsklig äggproduktion beskrivs vanligtvis som ’slöseri’ eftersom från 300 000 äggstartceller närvarande vid puberteten kommer endast 400 mogna ägg någonsin att släppas; ändå används adjektivet sällan för att beskriva en mans livstidsproduktion av mer än 2 biljoner spermier. Oavsett om det är i den populära eller vetenskapliga pressen, mänsklig parning framställs vanligtvis som en gigantisk maratonbadning där den snabbaste, starkaste spermierna vinner priset för att befrukta ägget. Om den här berättelsen bara var en skadlig övergång från vårt sexistiska förflutna – en offensiv manlig fantasi baserad på felaktig vetenskap – skulle det vara illa nog, men fortsatt inköp till fördjupad information hindrar viktiga fertilitetsbehandlingar för både män och kvinnor.

för att förstå hur vi kom hit kan en rundtur genom historien hjälpa. Vetenskaplig förståelse av könsceller och processen för mänsklig uppfattning är en relativt ny utveckling. Ett ägg, den största cellen i en mänsklig kropp, är knappt synlig för blotta ögat, och ungefär lika stor som perioden som slutar denna mening. Så den minsta mänskliga kroppscellen, en sperma, är helt osynlig för det blotta ögat.

spermier var okända för vetenskapen fram till 1677, då den holländska amatörforskaren Antonie van Leeuwenhoek först observerade mänskliga spermier under ett mikroskop. Ungefär samtidigt insåg man att den mänskliga äggstocken producerade ägg, även om det inte var förrän 1827 som den tyska biologen Karl Ernst von Baer först rapporterade faktiska observationer av mänskliga och andra däggdjursägg.efter van Leeuwenhoeks upptäckt av spermier tog det ytterligare ett sekel innan någon insåg att de behövdes för att befrukta ägg. Den uppenbarelsen kom på 1760-talet, när den italienska prästen och naturforskaren Lazzaro Spallanzani, som experimenterade med manliga grodor som hade tätt passande taftbyxor, visade att ägg inte skulle utvecklas till grodyngel om inte spermier kastades i det omgivande vattnet. Bizarrely, tills Spallanzani meddelade sina resultat, var det allmänt tänkt – även av van Leeuwenhoek i några år-att spermier var små parasiter som lever i mänsklig sperma. Det var först 1876 som den tyska zoologen Oscar Hertwig demonstrerade fusion av spermier och ägg i havsborrar.

så småningom visade kraftfulla mikroskop att en genomsnittlig mänsklig ejakulat, med en volym på ungefär en halv tesked, innehåller cirka 250 miljoner spermier. Men en nyckelfråga förblir obesvarad: ’varför så många? Faktum är att studier visar att graviditetsgraden tenderar att minska när en mans ejakulat innehåller mindre än 100 miljoner spermier.det är uppenbart att nästan hälften av spermierna i ett genomsnittligt humant ejakulat behövs för normal fertilitet. En gynnad förklaring till detta är spermiekonkurrens, som härrör från den macho-manliga uppfattningen om spermracing för att befrukta – ofta med det extra påståendet att mer än en man kan vara involverad. Som i ett lotteri, ju fler biljetter du köper, desto mer sannolikt är du att vinna. Naturligt urval, tänkandet går, Driver spermanummer skyhöga i ett slags vapenlopp för befruktningspriset.

slående exempel på spermiekonkurrens finns verkligen i överflöd i djurriket. Våra närmaste släktingar, schimpanserna, bor i sociala enheter som innehåller flera vuxna män som regelbundet bedriver promiskuös parning; kvinnor i sin tur paras av flera män. Många funktioner, såsom påfallande stora testiklar, återspeglar en särskilt hög nivå av spermaproduktion hos sådana däggdjursarter. Förutom stora testiklar har de snabb spermaproduktion, höga spermier, Stora spermier (som innehåller många energigenererande mitokondrier för framdrivning), särskilt muskulösa spermledande kanaler, stora sädesblåsor och prostatakörtlar och höga antal vita blodkroppar (för att neutralisera sexuellt överförda patogener). Vesiklarna och prostatakörteln producerar tillsammans seminalvätska, som kan koagulera för att bilda en plugg i slidan, vilket tillfälligt blockerar åtkomst av andra män.

populär åsikt och till och med många forskare fortsätter samma spermiescenario för människor, men bevis pekar i en annan riktning. Faktum är att trots olika luriga påståenden om motsatsen finns det inga övertygande bevis för att män är biologiskt anpassade för spermiekonkurrens. Historien om spermier överflöd i promiskuöst parning schimpanser kontrasterar med vad vi ser i olika andra primater, inklusive människor. Många primater lever i grupper med bara en enda avelshane, saknar direkt konkurrens och har särskilt små testiklar. I alla relevanta jämförelser framstår människor som besläktade med primater som lever i enmansgrupper-inklusive den typiska kärnfamiljen. Mänskliga testiklar i valnötstorlek är bara en tredjedel av storleken på schimpanstestes, som är ungefär lika stora kycklingägg. Dessutom, medan schimpans ejakulat innehåller anmärkningsvärt få fysiskt onormala spermier, innehåller mänsklig sperma en stor del av duds. Kvalitetskontroller på mänskligt ejakulat har till synes varit avslappnade i avsaknad av direkt spermiekonkurrens.

Spermiepassage är mer som en utmanande militär hinderbana än en vanlig simningstävling

för arter som inte regelbundet utsätts för direkt spermiekonkurrens gäller den enda lovande alternativa förklaringen till höga spermier genetisk variation. I ett par sällan citerade papper som publicerades för mer än fyra decennier sedan noterade biologen Jack Cohen vid University of Birmingham i Storbritannien en koppling mellan spermier och generering av kromosomkopior under spermaproduktion. Under meios, den speciella typen av celldelning som producerar sexceller, byter par kromosomer bitar av material genom att korsa över. Vad Cohen fann är att antalet spermier ökar i takt med antalet övergångar under deras produktion. Korsning ökar variationen, det väsentliga råmaterialet för naturligt urval. Tänk på spermaproduktion som ett slags lotteri där tillräckligt med biljetter (spermier) skrivs ut för att matcha tillgängliga nummer (olika genetiska kombinationer).

andra fynd flyger också inför det populära scenariot. Till exempel simmar de flesta däggdjurssperma faktiskt inte upp hela kvinnliga kanalen utan transporteras passivt en del eller mest av vägen genom att pumpa och fläkta rörelser i livmodern och äggledarna. Förbluffande, spermier av mindre däggdjur tenderar att vara längre i genomsnitt än spermier av större däggdjur – en mus spermier är längre än spermier av en val. Men även om dessa var likvärdiga i storlek blir simning upp till ett ägg mer av en sträcka ju större en art blir. Det kan faktiskt vara möjligt för en mussperma att simma hela vägen upp till ägget – men det är ganska omöjligt för en ännu mindre blåhvalsperma att simma 100 gånger längre upp i honkanalen utan hjälp. Övertygande bevis har istället visat att mänskliga spermier passivt transporteras över stora avstånd när de reser genom livmodern och upp i äggledarna. Så mycket för olympisk stil racing spermier!

faktum är att av de 250 miljoner spermierna i det genomsnittliga mänskliga ejakulatet hamnar bara några hundra faktiskt på befruktningsplatsen högt upp i äggledaren. Sperm passage upp den kvinnliga tarmkanalen är mer som en extremt utmanande militär hinderbana än en vanlig sprint stil simning race. Spermieantalet sänks gradvis ner när de migrerar upp i honkanalen, så att mindre än en av en miljon från det ursprungliga ejakulatet kommer att omge ägget vid befruktningstillfället. Alla spermier med fysiska avvikelser elimineras gradvis under vägen, men överlevande som omger ägget är ett slumpmässigt urval av intakt spermier.

många spermier gör det inte ens i livmoderhalsen (livmoderhalsen). Syraförhållanden i slidan är fientliga och spermier överlever inte där länge. Passerar genom livmoderhalsen, många spermier som flyr från slidan blir insnärjda i slem. Alla med fysiska deformiteter är fångade. Dessutom migrerar hundratusentals spermier till sidokanaler, kallade krypter, där de kan lagras i flera dagar. Relativt få spermier reser direkt genom livmoderhålan, och antalet reduceras ytterligare under inträde i äggledaren. En gång i äggledaren är spermier tillfälligt bundna till den inre ytan, och endast vissa släpps och får närma sig ägget.

att trycka på uppfattningen att fertiliserande spermier är någon form av olympisk mästare har dolt det faktum att ett ejakulat kan innehålla för många spermier. Om spermier omger ägget i alltför stora antal uppstår risken för befruktning med mer än en (polyspermy) med katastrofala resultat. Polyspermy förekommer ibland hos människor, särskilt när fäder har mycket höga spermier. I det vanligaste resultatet där två spermier befruktar ett ägg innehåller celler i det resulterande embryot 69 kromosomer istället för de vanliga 46. Detta är alltid dödligt, vilket vanligtvis resulterar i missfall. Även om vissa individer överlever så långt som födseln, upphör de alltid kort därefter. Eftersom polyspermy vanligtvis har ett dödligt utfall har evolutionen uppenbarligen lett till en serie hinder i den kvinnliga reproduktionskanalen som strikt begränsar antalet spermier som får omge ett ägg.

Polyspermy har praktiska konsekvenser för assisterad reproduktion i fall av nedsatt fertilitet eller infertilitet. Till exempel har det ursprungliga standardförfarandet för att införa Sperma i slidan för artificiell insemination ersatts av direkt injektion i livmodern (intrauterin insemination eller IUI). Direkt införande av sperma i livmodern kringgår minskningen av spermier som normalt förekommer i livmoderhalsen, där slem rensar ut fysiskt onormala spermier. Analyser av kliniska data har visat att deponering av 20 miljoner spermier i livmodern (mindre än en 10: e av antalet i det genomsnittliga ejakulatet) är tillräckligt för att uppnå en rutinmässig graviditetsfrekvens.

spermier blir ännu viktigare när det gäller in vitro fertilisering (IVF), med direkt exponering av ett ägg för spermier i ett glaskärl. Detta kringgår var och en av de naturliga filtren mellan slidan och ägget. I den tidiga utvecklingen av IVF var den allmänna tendensen att använda alltför många spermier. Detta återspeglade det förståeliga målet att maximera fertiliseringsframgången, men det ignorerade naturliga processer. Höga spermier mellan 50 000 och 0,5 miljoner deprimerade alltmer framgångsgraden. Optimala befruktningshastigheter uppnåddes med endast 25 000 spermier runt ett ägg. Både IUI och IVF ökar risken för polyspermi och sannolikheten för missfall.

mänsklig befruktning är ett gigantiskt lotteri med 250 miljoner biljetter: för friska spermier är det tur med dragningen

möjligheten att polyspermy kastar nytt ljus på utvecklingen av spermier. Diskussioner om spermiekonkurrens fokuserar i allmänhet uteslutande på att maximera spermier, men – som vanligt i biologi – är någon form av avvägning inblandad. Medan naturligt urval kan leda till ökad spermaproduktion om män är i direkt konkurrens, kommer det också att gynna mekanismer i honkanalen som begränsar antalet spermier runt ägget. Vid promiskuöst parning av primater, såsom schimpanser, ökade oviduktlängden hos kvinnor kompenserar ökad spermaproduktion av män. Detta begränsar förmodligen antalet spermier som närmar sig ägget. Det visar också att kvinnans roll i befruktning inte alls är så passiv som man ofta antar.

den förankrade tanken att’ den bästa spermierna vinner ’ har framkallat olika förslag på att någon form av urval inträffar, men det är svårt att föreställa sig hur detta skulle kunna hända. DNA i ett spermiehuvud är tätt bundet och praktiskt taget kristallint, så hur kan dess egenskaper detekteras från utsidan? Experiment på möss indikerar till exempel att det inte finns något val beroende på om en sperma innehåller en manlig bestämning av Y-kromosom eller en kvinnlig bestämning av X-kromosom. Det verkar mycket mer troligt att mänsklig befruktning är ett gigantiskt lotteri med 250 miljoner biljetter, där – för hälsosam sperma – framgångsrik befruktning i huvudsak är turen i dragningen.

andra förbryllande egenskaper hos spermier väntar också på förklaring. Det har länge varit känt, till exempel, att mänsklig sperma innehåller en stor andel strukturellt onormala spermier med uppenbara defekter som dubbla svansar eller små huvuden. Den’ kamikaze spermier ’ hypotes föreslog att dessa blindgångare spermier i själva verket tjäna olika funktioner i konkurrens, såsom blockering eller till och med döda spermier från andra män. Detta har dock sedan dess misskrediterats effektivt.

den förankrade uppfattningen att mänsklig sperma, en gång ejakulerad, engagerar sig i en häftig ras för att nå ägget har helt överskuggat den verkliga historien om reproduktion, inklusive bevis på att många spermier inte dash mot ägget men lagras istället i många dagar innan de fortsätter. Det var länge accepterat som etablerat faktum att mänskliga spermier överlever i bara två dagar i en kvinnas könsorgan. Men från mitten av 1970-talet visade monteringsbevis att mänsklig sperma kan överleva intakt i minst fem dagar. En längre period av spermieröverlevnad är nu allmänt accepterad, och det kan vara så länge som 10 dagar eller mer.

andra myter finns i överflöd. Mycket har skrivits om slem som produceras av den mänskliga livmoderhalsen. I så kallade ’naturliga’ metoder för födelsekontroll har konsistensen av slem som utsöndras från livmoderhalsen använts som en nyckelindikator. Nära ägglossningen är livmoderhalsslem tunn och har en vattnig, hal struktur. Men dyrbart lite har rapporterats om sambandet mellan slem och lagring av spermier i livmoderhalsen. Det har tydligt fastställts att spermier lagras i krypterna från vilka slem flyter. Men vår kunskap om processen är tyvärr begränsad till en enda studie som rapporterades 1980 av gynekologen Vaclav Insler och kollegor från Tel Aviv University i Israel.

i denna studie frivilliga 25 kvinnor modigt att bli artificiellt inseminerade dagen före planerad kirurgisk avlägsnande av livmodern (hysterektomi). Sedan undersökte Insler och hans team mikroskopiskt spermier lagrade i krypterna i seriella delar av livmoderhalsen. Inom två timmar efter insemination koloniserade spermier hela livmoderhalsens längd. Kryptstorleken var mycket varierande, och spermier lagrades huvudsakligen i de större. Insler och kollegor beräknade antalet krypter som innehåller spermier och spermierdensitet per krypta. Hos vissa kvinnor lagrades upp till 200 000 spermier i livmoderhalsen.

Insler och kollegor rapporterade också att levande spermier faktiskt hade hittats i livmoderhalsslem fram till den nionde dagen efter insemination. Sammanfattande tillgängliga bevis föreslog de att livmoderhalsen efter insemination fungerar som en spermiereservoar från vilken livskraftig sperma gradvis släpps för att ta sig upp i äggledaren. Detta dramatiska resultat har citerats allmänt men ignorerats i stor utsträckning, och det har aldrig gjorts en uppföljningsstudie.

mutationer ackumuleras fyra gånger snabbare i spermier än i ägg, så sperma från gamla män är riskbelastad

i sin lärobok Conception in the Human Female (1980)-mer än 1000 sidor långa – Sir Robert Edwards, en mottagare av Nobelpriset 2010 för utveckling av IVF, nämnde livmoderhalskrypter i en enda mening. Sedan dess har många andra författare nämnt spermlagring i dessa livmoderhalskrypter lika kort. Men lagring av spermier, med gradvis frisättning, har stora konsekvenser för mänsklig reproduktion. Avgörande är att den utbredda uppfattningen om ett begränsat ’bördigt fönster’ i menstruationscykeln beror på den länge accepterade visdomen att spermier överlever bara två dagar efter insemination. Spermier överlevnad kanske för 10 dagar eller mer radikalt urholkar grunden för så kallade ’naturliga’ metoder för preventivmedel genom undvikande av befruktningen. Spermlagring är också direkt relevant för försök att behandla infertilitet.

en annan farlig missuppfattning är myten att män behåller full fertilitet i ålderdom, starkt kontrasterande med det plötsliga upphörandet av fertilitet som ses hos kvinnor vid klimakteriet. Rikliga bevis visar att hos män minskar antalet spermier och kvaliteten med ökande ålder. Dessutom har det nyligen framkommit att mutationer ackumuleras ungefär fyra gånger snabbare i spermier än i ägg, så sperma från gamla män är faktiskt riskbelastad.

mycket har skrivits om det faktum att i industrialiserade samhällen ålder vid första födseln ökar hos kvinnor, åtföljd av långsamt växande reproduktionsproblem. En föreslagen lösning är det mycket invasiva och mycket dyra förfarandet för fertilitetsbevarande där ägg skördas från unga kvinnor för användning senare i livet. Men ökande reproduktionsproblem med åldrande män, särskilt snabbare ackumulering av spermier mutationer, har gått i stort sett obemannade. Ett mycket effektivt och mycket billigare och invasivt sätt att minska reproduktionsproblem för åldrande par skulle säkert vara att lagra spermaprover från unga män som ska användas senare i livet. Detta är bara en av fördelarna med mindre sexism och mer tillförlitlig kunskap inom mänsklig reproduktion.

numera kan historien om hartsoekers homunculus verka förtäckt i tidens dimma, som bara nämns som en underhållande illustration av blunders i den tidiga utforskningen av mänskliga sexceller. Men dess inflytande, tillsammans med den macho-manliga bias som skapade den, har levt vidare i subtilare form bland de kulturella stereotyperna som påverkar de frågor vi ställer om reproduktiv biologi.