Wie finden Spermien ihren Weg?

Sie orientieren sich an den Wänden.


Es ist eine weite Reise für die kleinen Spermien. Beginnend in der Scheide müssen sie sich durch das Sekret des Gebärmutterhalses kämpfen, dann durch die Gebärmutter, um schließlich noch den Weg durch den Eileiter. Wie finden sie eigentlich den Weg?

Auf den letzten Mikrometern bekommen die Spermien Orientierungshilfe direkt von der Eizelle selbst. Diese sendet Botenstoffe aus, an denen sich die Samenfäden orientieren können. Hier spielt wohl auch der Duft nach Maiglöckchen eine Rolle. Eine schöne Vorstellung, dass die Eizelle sich mit Maiglöckchenparfum für die Spermien auf die Ankunft der Spermien vorbereitet.

Aber dafür müssen de Samenfäden erst einmal nahe genug an die Eizelle herankommen. Vieles passiert dabei durch passiven Transport. Durch Kontraktionen der Gebärmutter und Eileiter werden die kleinen Schwimmer zum Ort der Befruchtung gebracht. Trotzdem bewegen sich die Spermien auch dabei und müssen ihren Kurs selbst bestimmen. Wie sie sich dabei zurechtfinden, haben Wissenschaftler des Forschungszentrums Jülich herausgefunden.

Bewegung der Geißel beeinflusst die Pfadfinderfähigkeit der Spermien

Auf der Homepage des Instituts präsentieren sie die Ergebnisse ihrer Forschung zur Beweglichkeit der Spermien. Basis der Untersuchungen war die Erkenntnis, dass Spermien immer gerne an der Wand lang schwimmen. Im IVF-Labor kann man sich das auch gut zunutze machen, weil die Spermien dort gerne im Kreis an der Wand der Petrischale schwimmen. Da weiß man gleich, wo man suchen muss.

Lange war unklar, wie sich dieser Effekt in engen Kanälen auswirken würde. Mithilfe von Simulationen auf dem Jülicher Superrechner JURECA haben die Wissenschaftler vom Jülicher Institute of Complex Systems (ICS-2) nun Antworten auf diese Fragen geliefert. Es handelt sich also um ein Rechenmodell, basierend auf den beobachteten Bewegungsmustern der Spermien.

Spermium Aufbau
Foto © clipdealer.com

Wenn die Spermien sich an der Wand (zum Beispiel der Eileiter) orientieren, dann darf der Kontakt dazu nicht verloren gehen, sonst vergeht viel kostbare Zeit bei der erneuten Suche nach der richtigen Richtung. Die Fähigkeit, den Kontakt nicht zu verlieren, hängt von dem Bewegungsmuster der Geißel ab, die sehr unterschiedlich sein kann. Manche Spermien schlagen mit der Geißel nur hin und her (2-D Bewegungsmuster), andere haben noch eine Rotation in dieser Bewegung. Diese Bewegung entspricht dann, vereinfacht ausgedrückt, einer Propellerbewegung (3-D Bewegungsmuster).

Propellerantrieb ist besser

„Die Simulation unterschiedlicher Wellenlängen zeigt, dass Spermien mit einem 3D-Schlag auch bei deutlich stärker gekrümmten Windungen noch an der Wand bleiben als solche mit einem 2D-Schlag“, erklärt Dr. Jens Elgeti vom Jülicher Institute of Complex Systems (ICS-2). Der Grund: Spermien, die sich nur planar in einer Ebene schlängeln, richten ihre Schlagrichtung früher oder später parallel zur Wand aus. Die wirksame Kegelform geht so verloren und der Kontakt zur Wand reißt ab. Spermien, die mit einem 3D-Schlag unterwegs sind, behalten ihre Kegelform dagegen in allen Raumrichtungen bei.

Im Fachmagazin „New Journal of Physics“ liefern die Forscher zudem eine Erklärung für ein weiteres Phänomen, das Wissenschaftler zuvor in Experimenten beobachtet hatten. Viele Spermien schwimmen nach einer Krümmung in einem Mikrokanal nämlich nicht einfach weiter geradeaus, sondern werden leicht in Kurvenrichtung abgelenkt – so, wie es durch ihre schräge Ausrichtung an der Wand vorgegeben wird.

Spermien, deren Geißel sich dreidimensional bewegen, haben also eine bessere Chance, rechtzeitig bei der Eizelle anzukommen. Und nein: Eine Umsetzung dieser Erkenntnisse aus dem Labor ins Leben gibt es bislang nicht.

Auf der Hompage des Jülicher Forschungszentrums finden sich dazu noch einige hübsche Videos.

 


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