Sperma, ook wel spermatozoön genoemd, meervoud spermatozoa, mannelijke voortplantingscel, geproduceerd door de meeste dieren. Met uitzondering van nematodenwormen, tienpotigen (bijv. Rivierkreeften), diplopoden (bijv. Duizendpoten) en mijten, worden sperma gespleten; dat wil zeggen, ze hebben een zweepachtige staart. Bij hogere gewervelde dieren, vooral zoogdieren, wordt sperma geproduceerd in de testikels. Het sperma verenigt zich met (bevrucht) een eicel (ei) van het vrouwtje om een nieuw nageslacht te produceren. Volwassen sperma heeft twee te onderscheiden delen, een kop en een staart.
P & R Photos — age fotostock
De kop van het sperma varieert in vorm voor elke diersoort. Bij mensen is het afgeplat en amandelvormig, vier tot vijf micrometer lang en twee tot drie micrometer breed (er is ongeveer 25.000 micrometer in een inch). Het kopgedeelte is voornamelijk een celkern; het bestaat uit genetische substanties, chromosomen genaamd, die verantwoordelijk zijn voor het doorgeven van specifieke kenmerken van een persoon, zoals de kleur van ogen, haar en huid. In elke lichaamscel van gezonde mensen bevinden zich 46 chromosomen, die verantwoordelijk zijn voor de algemene fysieke gesteldheid van het individu. De zaadcellen hebben slechts 23 chromosomen, of de helft van het gebruikelijke aantal. Wanneer een zaadcel zich verenigt met de eicel, die ook 23 chromosomen heeft, bepalen de resulterende 46 chromosomen de kenmerken van het nageslacht. De zaadcellen dragen ook het X- of Y-chromosoom dat het geslacht van het toekomstige kind bepaalt.
www.pdimages.com
De kop van het sperma wordt bedekt door een kapje dat bekend staat als het acrosoom en dat enzymen bevat die het sperma helpen een ei binnen te dringen. Slechts één sperma bevrucht elk ei, ook al zitten er 300.000.000 tot 400.000.000 sperma in een gemiddelde ejaculatie. Elk geproduceerd ei en sperma heeft iets andere genetische informatie die in de chromosomen wordt overgedragen; dit verklaart de verschillen en overeenkomsten tussen kinderen van dezelfde ouders.
Een klein middengedeelte van het sperma bevat de mitochondriën. De staart van het sperma, ook wel flagellum genoemd, is een slanke, haarachtige bundel filamenten die verbinding maakt met het hoofd en het middengedeelte. De staart is ongeveer 50 micrometer lang; de dikte van een micrometer nabij de mitochondriën neemt geleidelijk af tot minder dan een halve micrometer aan het einde van de staart. De staart geeft de zaadcel beweging. Het zwaait en golft zodat de cel naar het ei kan reizen. Na afzetting van sperma in het vrouwelijke voortplantingsstelsel wordt de activering van de staartbeweging onderdrukt totdat het sperma naar een relatief korte afstand van de eicel wordt gedragen. Dit geeft het sperma een verhoogde kans om het ei te bereiken voordat het zijn energievoorraad uitgeput heeft.
De activering van staartbewegingen maakt deel uit van het proces van capacitatie, waarbij het sperma een reeks cellulaire veranderingen ondergaat waardoor het kan deelnemen aan de bevruchting. Een fundamentele verandering die optreedt tijdens capacitatie is de alkalisatie van het cytoplasma van het sperma, waarbij de intracellulaire pH-waarden toenemen, vooral in het flagellum. Dit proces, dat wordt aangedreven door de snelle beweging van protonen uit de cel via ionenkanalen op het flagellum, ligt ten grondslag aan activering van de staart. Protonkanalen op flagella van sperma worden klaargemaakt om te openen door de aanwezigheid in het vrouwelijke voortplantingsstelsel van een stof die bekend staat als anandamide, waarvan wordt aangenomen dat deze in hoge concentraties in de buurt van het ei voorkomt. Bij het bereiken van een ei worden de enzymen die zich in het acrosoom van het sperma bevinden geactiveerd, waardoor het sperma de dikke vacht rond het ei kan doorkruisen (de zona pellucida); dit proces staat bekend als de acrosoomreactie. Het membraan van de zaadcel versmelt dan met dat van de eicel en de spermakern wordt in de eicel getransporteerd.
Sperma dat wordt afgezet in het voortplantingsstelsel van het vrouwtje dat de eicel niet bereikt, sterft af. Spermacellen kunnen twee of drie dagen na het paren in het menselijk lichaam leven. Sperma kan ook maanden of jaren in bevroren toestand worden bewaard en toch hun vermogen behouden om eitjes te bevruchten wanneer ze worden ontdooid.
De wijdverspreide aard van seksuele voortplanting bij dieren heeft intrigerende vragen doen rijzen over de evolutionaire oorsprong van sperma. Bijna alle levende dieren, van wormen tot insecten tot mensen, bezitten een gen dat bekend staat als Boule (BOULE), dat uitsluitend functioneert bij de productie van zaadcellen. De aanwezigheid van dit gen in zeeanemonen – zeer primitieve levensvormen – suggereert dat het vermogen om sperma te produceren slechts eenmaal is geëvolueerd, ongeveer 600 miljoen jaar geleden. Hoewel de functie van het gen in hoge mate behouden is gebleven bij dieren, is het gedivergeerd om voor elke soort een aparte vorm te geven.
Volgens studies uitgevoerd bij muizen lijken de laatste stadia van de rijping van het sperma te worden gereguleerd door een gen bekend als Katnal1, dat tot expressie wordt gebracht door de Sertoli-cellen die onrijp sperma ondersteunen en voeden binnen de wanden van de tubuli seminiferi (de plaats van spermatogenese). Vermoed wordt dat disfunctie van Katnal1 ten grondslag ligt aan enkele gevallen van mannelijke onvruchtbaarheid, en daarom vormt het gen een potentieel doelwit voor de ontwikkeling van geneesmiddelen voor mannelijke onvruchtbaarheid en voor nieuwe vormen van mannelijke anticonceptie.