Sperma, chiamato anche spermatozoo, spermatozoo plurale, cellula riproduttiva maschile, prodotto dalla maggior parte degli animali. Con leccezione di vermi nematodi, decapodi (ad es. Gamberi), diplopodi (ad es. Millepiedi) e acari, lo sperma è flagellato; cioè hanno una coda simile a una frusta. Nei vertebrati superiori, in particolare nei mammiferi, lo sperma viene prodotto nei testicoli. Lo sperma si unisce a (fertilizza) un ovulo (uovo) della femmina per produrre una nuova prole. Lo sperma maturo ha due parti distinguibili, una testa e una coda.
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La forma della testa dello sperma varia per ogni specie animale. Nelluomo è appiattito ea forma di mandorla, lungo da quattro a cinque micrometri e largo da due a tre micrometri (ci sono circa 25.000 micrometri in un pollice). La porzione di testa è principalmente un nucleo cellulare; è costituito da sostanze genetiche, chiamate cromosomi, responsabili della trasmissione di caratteristiche specifiche di un individuo, come il colore degli occhi, dei capelli e della pelle. In ogni cellula del corpo di esseri umani sani, ci sono 46 cromosomi, che sono responsabili della costituzione fisica generale dellindividuo. Gli spermatozoi hanno solo 23 cromosomi, o la metà del numero normale. Quando uno spermatozoo si unisce allovulo, che ha anche 23 cromosomi, i 46 cromosomi risultanti determinano le caratteristiche della prole. Gli spermatozoi portano anche il cromosoma X o Y che determina il sesso del futuro bambino.
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Coprendo la testa dello sperma cè un cappuccio noto come acrosoma, che contiene enzimi che aiutano lo sperma a entrare in un uovo. Solo uno spermatozoo fertilizza ogni uovo, anche se da 300.000.000 a 400.000.000 di spermatozoi sono contenuti in uneiaculazione media. Ogni uovo e sperma prodotto ha informazioni genetiche leggermente diverse trasportate nei cromosomi; questo spiega le differenze e le somiglianze tra i bambini degli stessi genitori.
Una piccola porzione centrale dello sperma contiene i mitocondri. La coda dello sperma, a volte chiamata flagello, è un sottile fascio di filamenti simile a un capello che si collega alla testa e alla porzione centrale. La coda è lunga circa 50 micrometri; il suo spessore di un micrometro vicino ai mitocondri diminuisce gradualmente fino a meno di mezzo micrometro allestremità della coda. La coda dà il movimento degli spermatozoi. Frusta e ondeggia in modo che la cellula possa viaggiare verso luovo. In seguito alla deposizione di spermatozoi nel tratto riproduttivo femminile, lattivazione del movimento della coda viene soppressa fino a quando lo sperma non viene trasportato entro una distanza relativamente breve dalluovo. Questo dà allo sperma una maggiore possibilità di raggiungere luovo prima di esaurire le sue scorte di energia.
Lattivazione dei movimenti della coda fa parte del processo di capacitazione, in cui lo sperma subisce una serie di cambiamenti cellulari che ne consentono la partecipazione alla fecondazione. Un cambiamento fondamentale che si verifica durante la capacitazione è lalcalinizzazione del citoplasma dello sperma, in cui i livelli di pH intracellulare aumentano, in particolare nel flagello. Questo processo, guidato dal rapido movimento dei protoni fuori dalla cellula attraverso i canali ionici sul flagello, è alla base dellattivazione della coda. I canali protonici sui flagelli dello sperma sono innescati per lapertura dalla presenza nel tratto riproduttivo femminile di una sostanza nota come anandamide, che si pensa si presenti in alte concentrazioni vicino alluovo. Una volta raggiunto un uovo, gli enzimi contenuti nellacrosoma dello sperma vengono attivati, consentendo allo sperma di attraversare lo spesso strato che circonda luovo (la zona pellucida); questo processo è noto come reazione acrosomiale. La membrana dello spermatozoo si fonde quindi con quella delluovo e il nucleo dello sperma viene convogliato nelluovo.
Gli spermatozoi depositati nel tratto riproduttivo della femmina che non raggiungono luovo muoiono. Gli spermatozoi possono vivere nel corpo umano per due o tre giorni dopo laccoppiamento. Lo sperma può anche essere conservato in uno stato congelato per mesi o anni e conserva ancora la sua capacità di fecondare le uova quando scongelato.
La natura diffusa della riproduzione sessuale negli animali ha sollevato interrogativi intriganti riguardo alle origini evolutive dello sperma. Quasi tutti gli animali viventi, dai vermi agli insetti alluomo, possiedono un gene noto come Boule (BOULE), che funziona esclusivamente nella produzione di sperma. La presenza di questo gene negli anemoni di mare – forme di vita molto primitive – suggerisce che la capacità di produrre sperma si è evoluta solo una volta, circa 600 milioni di anni fa. Sebbene la funzione del gene sia altamente conservata tra gli animali, è divergente per dare origine a una forma distinta per ciascuna specie.
Secondo gli studi effettuati sui topi, le fasi finali della maturazione dello sperma sembrano essere regolate da un gene noto come Katnal1, che è espresso dalle cellule di Sertoli che supportano e nutrono lo sperma immaturo allinterno delle pareti dei tubuli seminiferi (il sito della spermatogenesi). Si sospetta che la disfunzione di Katnal1 sia alla base di alcuni casi di infertilità maschile e, quindi, il gene rappresenta un potenziale bersaglio per lo sviluppo di farmaci per linfertilità maschile e di nuove forme di contraccezione maschile.