Sperma, auch Spermatozoon genannt, Plural Spermatozoa, männliche Fortpflanzungszelle, produziert von den meisten Tieren. Mit Ausnahme von Nematodenwürmern, Dekapoden (z. B. Krebse), Diplopoden (z. B. Tausendfüßer) und Milben sind Spermien gegeißelt; das heißt, sie haben einen peitschenartigen Schwanz. Bei höheren Wirbeltieren, insbesondere Säugetieren, werden Spermien in den Hoden produziert. Das Sperma verbindet sich mit einer Eizelle des Weibchens (befruchtet sie), um einen neuen Nachwuchs zu produzieren. Reife Spermien haben zwei unterscheidbare Teile, einen Kopf und einen Schwanz.
P & R Fotos – Alter fotostock
Der Kopf des Spermas variiert in der Form für jede Tierart. Beim Menschen ist es abgeflacht und mandelförmig, vier bis fünf Mikrometer lang und zwei bis drei Mikrometer breit (es gibt ungefähr 25.000 Mikrometer pro Zoll). Der Kopfteil ist hauptsächlich ein Zellkern; Es besteht aus genetischen Substanzen, sogenannten Chromosomen, die für die Übertragung spezifischer Eigenschaften eines Individuums wie der Farbe von Augen, Haaren und Haut verantwortlich sind. In jeder Körperzelle eines gesunden Menschen befinden sich 46 Chromosomen, die für die allgemeine körperliche Verfassung des Individuums verantwortlich sind. Die Spermien haben nur 23 Chromosomen oder die Hälfte der üblichen Anzahl. Wenn sich eine Samenzelle mit der Eizelle verbindet, die ebenfalls 23 Chromosomen aufweist, bestimmen die resultierenden 46 Chromosomen die Eigenschaften der Nachkommen. Die Spermien tragen auch das X- oder Y-Chromosom, das das Geschlecht des zukünftigen Kindes bestimmt.
www.pdimages.com
Über dem Kopf des Spermas befindet sich eine als Akrosom bekannte Kappe, die Enzyme enthält, die den Spermien helfen, in ein Ei einzudringen. Nur ein Sperma befruchtet jedes Ei, obwohl 300.000.000 bis 400.000.000 Spermien in einer durchschnittlichen Ejakulation enthalten sind. Jedes produzierte Ei und Sperma hat leicht unterschiedliche genetische Informationen, die in den Chromosomen enthalten sind. Dies erklärt die Unterschiede und Ähnlichkeiten zwischen Kindern derselben Eltern.
Ein kleiner mittlerer Teil des Spermas enthält die Mitochondrien. Der Schwanz des Spermas, manchmal auch Flagellum genannt, ist ein schlankes, haarartiges Bündel von Filamenten, das mit dem Kopf und dem Mittelteil verbunden ist. Der Schwanz ist ungefähr 50 Mikrometer lang; seine Dicke von einem Mikrometer in der Nähe der Mitochondrien nimmt am Ende des Schwanzes allmählich auf weniger als ein halbes Mikrometer ab. Der Schwanz gibt der Samenzelle Bewegung. Es peitscht und wellt, so dass die Zelle zum Ei gelangen kann. Nach der Ablagerung der Spermien im weiblichen Fortpflanzungstrakt wird die Aktivierung der Schwanzbewegung unterdrückt, bis die Spermien in einen relativ kurzen Abstand von der Eizelle gebracht werden. Dies gibt dem Sperma eine erhöhte Chance, die Eizelle zu erreichen, bevor die Energieversorgung erschöpft ist.
Die Aktivierung von Schwanzbewegungen ist Teil des Kapazitätsprozesses, bei dem das Sperma eine Reihe von zellulären Veränderungen durchläuft, die seine Teilnahme an der Befruchtung ermöglichen. Eine grundlegende Veränderung, die während der Kapazität auftritt, ist die Alkalisierung des Spermienzytoplasmas, bei der die intrazellulären pH-Werte insbesondere im Flagellum ansteigen. Dieser Prozess, der durch die schnelle Bewegung von Protonen aus der Zelle durch Ionenkanäle auf dem Flagellum angetrieben wird, liegt der Schwanzaktivierung zugrunde. Protonenkanäle auf Spermienflagellen werden durch das Vorhandensein einer als Anandamid bekannten Substanz im weiblichen Fortpflanzungstrakt vorbereitet, von der angenommen wird, dass sie in hohen Konzentrationen in der Nähe der Eizelle auftritt. Beim Erreichen einer Eizelle werden die im Spermienakrosom enthaltenen Enzyme aktiviert, so dass die Spermien die dicke Hülle um die Eizelle (die Zona pellucida) durchqueren können. Dieser Prozess ist als Akrosomenreaktion bekannt. Die Membran der Samenzelle verschmilzt dann mit der der Eizelle, und der Spermienkern wird in die Eizelle befördert.
Sperma, das im Fortpflanzungstrakt des Weibchens abgelagert ist und das Eizellen nicht erreicht, stirbt. Spermien können nach der Paarung zwei oder drei Tage im menschlichen Körper leben. Spermien können auch monatelang oder jahrelang gefroren gelagert werden und behalten ihre Fähigkeit, Eier beim Auftauen zu befruchten.
Die weit verbreitete sexuelle Fortpflanzung bei Tieren hat interessante Fragen zur evolutionären Herkunft von Spermien aufgeworfen. Fast alle lebenden Tiere, von Würmern über Insekten bis hin zu Menschen, besitzen ein Gen namens Boule (BOULE), das ausschließlich bei der Spermienproduktion funktioniert. Das Vorhandensein dieses Gens in Seeanemonen – sehr primitiven Lebensformen – legt nahe, dass sich die Fähigkeit zur Produktion von Spermien vor etwa 600 Millionen Jahren nur einmal entwickelt hat. Obwohl die Funktion des Gens bei Tieren hoch konserviert ist, ist es auseinandergegangen, um für jede Spezies eine eigene Form zu ergeben.
Nach Untersuchungen an Mäusen scheinen die Endstadien der Spermienreifung durch a reguliert zu werden Gen bekannt als Katnal1, das von den Sertoli-Zellen exprimiert wird, die unreife Spermien innerhalb der Wände der Samenkanälchen (dem Ort der Spermatogenese) unterstützen und nähren. Es wird vermutet, dass eine Funktionsstörung von Katnal1 einigen Fällen männlicher Unfruchtbarkeit zugrunde liegt. Daher stellt das Gen ein potenzielles Ziel für die Entwicklung männlicher Unfruchtbarkeitsmedikamente sowie neuer Formen der männlichen Empfängnisverhütung dar.