Spustit video

Pohyblivost spermií, spoléhajících na biochemický pohonný mechanizmus je obdivuhodná. Video Římské university se spouští kliknutím na odkaz nad obrázkem.

I když je člověk neochvějným zastáncem evoluční teorie, neubrání se údivu při odhalování mechanismů, které se „slepému hodináři“ podařilo v průběhu miliónů let vytrvalého testování různých náhodných variant sestavit (pozn.: Slepý hodinář - Blind watchmaker, kniha vysvětlující a obhajující evoluční teorii od Richarda Dawkinse – 1986). Sobecký gen má zájem nevyhynout a šířit se v čase – do následujících generací, i v prostoru – do co největšího množství potomků (pozn.: Sobecký gen - The Selfish Gen, také evoluční knížka Richarda Dawkinse - 1976).

Třeba taková spermie. Vzniká s minimální šancí, že se jí podaří splnit svůj jediný, ale bytostně důležitý úkol – doručit vzácný a jedinečný genetický odkaz k vajíčku. O souboji, který ji čeká, když zralá a vyzbrojená opustí poklidnou čekárnu v nadvarleti (přesněji cauda epididimis) se toho popsalo již hodně. Ne vše je ale známo do podrobností.

Snad je toto téma natolik odtabuizováno, že již všichni, od starších dětí počínaje, jsme nejednou viděli videozáznamy z mikroskopů odhalující drobné spermie hekticky plavoucí v ejakulátu. Svým bičíkem vrtí ostošest, aby k cíli dospěly co nejrychleji. Soutěží přitom nejen se svými početnými „sourozenci“ od stejného potenciálního tatínka, ale u promiskuitních druhů nejednou i s konkurencí od jiných samců. Tento souboj představuje obrovský evoluční tlak na rychlost transportu. U vývojově příbuzných primátů se již dávno dokázalo, že promiskuitnější šimpanzi, nebo makakové mají spermie rychlejší než člověk, který ale v tomto pořadí za sebou nechává gorilího samce, jenž pozorně střeží, aby k souboji potenciálních otců nedocházelo až v samičím pohlavním ústrojí.

Zvětšit obrázek

Jurij Kiričuk - šéf výzkumného týmu a zároveň vedoucí fyziologické laboratoře Kalifornské university v San Francisku

Proto je spermie sice malá, ale mrštná. Takovou aktivitu samozřejmě nemůže vykazovat dlouho a to, co vídáme v naučných filmech, jsou záběry ze samotného závěrečného maratónského plavání, do kterého musí vložit všechno, protože v něm jde doslova o život. Když jsou ale spermie ještě ve varleti a nadvarleti, jsou samozřejmě mnohem poklidnější.

Co startuje jejich překotnou aktivitu? Odpovědí je více a ne všechny jsou zcela jasné. Jeden důležitý a zajímavý mechanizmus popisuje článek uveřejněný 4. února v časopisu Cell pod názvem: Acid Extrusion from Human Spermatozoa Is Mediated by Flagellar Voltage-Gated Proton Channel (Vypuzování kyselosti z lidské spermie prostřednictvím napětím řízeného protonového kanálu). I když celý autorský tým je z jednoho pracoviště – z Katedry fyziologie Kalifornské university v San Francisku, jejich jména prozrazují původ v krajině vzdálené doslova přes půl světa: Polina V. Lishko, Inna L. Botchkina, Andriy Fedorenko, Yuriy Kirichok.

Východoslovanský vědecký čtyřlístek si na spermie „posvítil“ pomocí výkonného mikroskopu a zařízení, umožňujícího na iontových kanálech v membránách buněk měřit elektrické proudy (metoda "patch clamp"). Na povrchu bičíku spermie se právě takové speciální bílkoviny nacházejí – protonové kanály Hv1. Klíč k jejich otevírání se nazývá elektrochemický gradient, což je v podstatě rozdíl pH na obou stranách membrány.

Zvětšit obrázek

Protonové kanálky Hv1 se při zvýšení pH vnějšího prostředí depolarizují a otevírají se. Jimi pak protékají protony z buňky ven. Tento proud zvyšuje anandamid a snižuje zinek ve vnějším – extracelulárním prostředí. Kredit: Cell/ University of California

V nadvarleti v poklidných dřímotách čekající spermie se nachází v mírně kyselém prostředí a uvnitř její buňky, zejména bičíku, je také přebytek kladných iontů. Jak je dávno známé, samotný ejakulát má ale mírně alkalickou, neboli zásaditou reakci (pH 7,2 až 7,8). Jakmile je spermie do něho vypuzena, probouzí se a vystartuje, co jí síly stačí. Způsobují to právě zmíněné protonové kanálky Hv1 na povrchu jejího bičíku. Zvýšený elektrochemický potenciál je otevře a přes ně začínají z buňky ven unikat protony. Tento proces alkalizace je hybnou sílou pro kmitání bičíku, což pohání spermii vpřed. „Koncentrace protonů uvnitř spermie je tisícinásobně vyšší, než je v jejím vnějším prostředí,“ vysvětluje Jurij Kiričok. Když se jejich koncentrace sníží, klesne kyselost vnitrobuněčného prostředí, stoupne pH (alkalizace) a spustí se kaskáda biochemických reakcí. Zásaditý charakter ejakulátu ochraňuje tuto vitalitu spermií v kyselém prostředí samičí vagíny.

Když již biologové měli možnost pohyb kladného náboje přes protonové kanály měřit, je celkem logické, že testovali co intenzitu tohoto úniku ovlivňuje. A hle! Spermie se také nechají vybudit do radostnější „nálady“ drogou. Přesněji endogenním kanabinoidním neurotransmiterem anandamidem. Tělo si ho tvoří samo, ale receptory na které se v mozku váže jsou vhodné i pro podobný rostlinný kanabinoid z marihuany (arachidonoylethanolamid). A hned je jasnější souvislost mezi hříšným aktem, blažeností a plodností. K sexuální rozkoši samozřejmě přispívají zejména jiné neurotransmitery - dopamin a oxytocin.
Kakaové boby také obsahují malé množství anandamidu a navíc látky, jež brzdí jeho rozklad, což dalo vznik představě o afrodiziakálních účincích čokolády.

Aktivitu spermie ovlivňuje ještě jedna látka – zinek. Jako inhibitor (zpomalovač, blokátor) funkce protonových kanálků je znám již delší dobu. Jeho kationy totiž okyselují prostředí. V porovnání anandamidem má tedy opačný účinek - jeho zvýšený obsah v okolním prostředí snižuje množství z buňky uvolňovaných protonů a tím zpomaluje i otáčky bičíkového motoru. Vědci předpokládají, že díky této vlastnosti by zinek mohl přispět k účinnosti vaginální antikoncepce.

Zvětšit obrázek	Zvětšit obrázek	Zvětšit obrázek
Zvyšovaní pH vnějšího prostředí zvyšuje aktivitu spermií. Kredit: Cell/ University of California	Endogenní kanabinoidní neurotransmiter anandamid podněcuje aktivitu spermií tím, že zvyšuje únik protonů přes protonové kanálky.	Čím je obsah kationů zinku v prostředí vyšší, tím méně protonů proudí protonovými kanálky a spermie je línější (nM–nanomoly, mM-milimoly).

Na stránce časopisu Cell je přístup na informační video, ve kterém Jurij Kiričuk a Polina Liško v angličtině s půvabným ruským akcentem přibližují výsledky své práce. Z videa byly převzaté i předcházející tři grafy.

Zdroje:  abstrakt v Cell  , Scientific American  , EurekAlert! , Wikipedia...