Anton van Leeuwenhoek byl nizozemský obchodník s textilem a vrátný na radnici. Bádání se věnoval pouze jako amatér. Často se o něm píše jako o objeviteli mikroskopu. Poněkud neprávem, neboť složené mikroskopy existovaly už půl století před jeho narozením. Zprvu Leeuwenhoek zkoumal jen vlákna svých látek pod zvětšovacím sklem. Pak si ale osvojil dovednosti ve výrobě čoček (přesných skleněných kuliček), které upevnil na mikroskopický rám a jako badatelník ve volných chvílích s lepší technikou předčil tehdejší vědátory v mnoha směrech. Objevil mikroorganismy, krevní a svalové buňky i spermie. Titul „otec mikrobiologie“, mu náleží právem.

Anton van Leeuwenhoek přišel na jednoduchý způsob, jak vyrábět přesné skleněné kuličky nepatrných rozměrů a využil je jako čočky svých přístrojů. Překonal tím úroveň tehdy dostupné mikroskopické techniky. Tajemství výroby si ovšem celý život držel pro sebe, aby si zajistil vědecké prvenství a prestiž. Dochované kousky z té doby dosahují zvětšení až 275x. Spekuluje se, že jeho nejzdařilejší výrobky ale mohly zvětšovat až pětsetkrát.

Psí a králičí spermie. Autor kreseb: Antoni van Leeuwenhoek, 1677.

Lidská spermie. Kredit: Michal Maňas, podle obrázku Mariana Ruiz "Gray's anatomy" 36th edition, Williams & Warwick, Wikipedie Volné dílo.

Leeuwenhoek již v 17. století popsal s pomocí jednoho z nejranějších mikroskopů lidské spermie jako „úhoře s vlnícím se ocasem". Problém je v tom, že popsal iluzi, kterou dávají všechny 2-D mikroskopy. Britští vědci se svými mexickými kolegy nyní použili na zkoumání pohybu nejnovější 3D mikroskopii.

Jednostranný tah bičíku kompenzuje rotace hlavičky a výsledkem je pohyb stylu „vývrtka“ Symetrie se dosahuje asymetrií, což umožňuje spermiím plavat vpřed. Kredit: polymaths-lab.com

Spojení kamery zaznamenávající více než 55 000 snímků za sekundu a mikroskopického stolku s piezoelektrickým zařízením k posunu vzorku nahoru a dolů schopným vysokou rychlostí sledovat objekt a zaostřovat nejen v rovině, umožnilo skenovat sperma volně plavající ve 3D. Tím vyšlo najevo, že spermie neplavou jako úhoři, ale stylem hrajících si mladých vyder.

Pořízené snímky již nejsou zkreslené omezováním pohybu spermií ve vymezeném prostoru mezi podložním a krycím sklíčkem a výsledky studie zveřejnil časopis Science Advances. Píše se v ní, že bičík spermie se ve skutečnosti kroutí pouze jedním směrem, což by teoreticky mělo vést k tomu, že se spermie bude „motat v kruhu“. Spermie ale našly chytrý způsob, jak s hendikepem takové rotace plavat vpřed. První autor Dr. Hermes Gadêlha to popsal slovy: „Geniálně vyřešily matematickou hádanku vytvořením symetrie z asymetrie“.

Odbornou mluvou jde o to, že zatímco asymetrická vlna vytváří jednostranný tah, pulzní „stojatá“ vlna natáčí spermie tak, aby se pohybovala rovnoměrně podélným směrem. Ve 2D mikroskopii ale vidíme jen optickou iluzi bilaterální symetrie. Ve skutečnosti  ale musí být bičíky spermií řízeny asymetricky a anizotropně regulovány rychlou transdukcí signálu, protože jen to jim umožní plavat vpřed.

Laicky řečeno, hlavička spermií se natáčí ve směru plavání podle toho, jak se otáčí bičík. Fyzikové by to asi nazvali precesí, protože jde o podobné chování, jako když Země obíhá kolem Slunce.

Autoři si tak trochu přihřívají polívčičku svého nejmodernějšího 3-D mikroskopu konstatováním, že „Jednoho dne bude tato technologie dostupná pro klinická centra". Možná by to ale nebylo na škodu. Jak víme, tak “mužské faktory“ se podílí na neplodnosti párů z více než poloviny a diagnostické metody, založené posuzováním biomechaniky pohybu spermií po vzoru Leeuwenhoeka, nejspíš nebudou to pravé ořechové.

Literatura

Hermes Gadêlha et al.: Human sperm uses asymmetric and anisotropic flagellar controls to regulate swimming symmetry and cell steering. Science Advances 2020. DOI: 10.1126/sciadv.aba5168

Polymaths Lab. University of Bristol