Spermien gehen in der Mikrogravitation verloren und das könnte den Weltraumflug ernsthaft beeinträchtigen
Eine Reise ins All könnte die männlichen menschlichen Spermien tatsächlich im Dunkeln umherirren lassen, während sie ihren eigenen Schwanz jagen.
Forscher an der Universität Adelaide in Australien haben gezeigt, dass im Labor ein Mangel an Schwerkraft gegen unsere Gameten wirken kann – ein mögliches Risiko des Raumflugs sowohl für uns als auch für die Säugetiere, die wir mitnehmen.
Die Studie simulierte Mikrogravitation auf der Erde mithilfe einer 3D‑Klinostatmaschine, die sich regelmäßig dreht, sodass biologische Proben kein Gefühl dafür haben, wo oben oder unten ist. Dieses Werkzeug testete, wie Spermien von Menschen, Schweinen und Nagetieren alle einen Kanal durchlaufen, ohne dass der übliche Zug der Schwerkraft sie dabei leitet.
Auf eine Art waren die Spermien sozusagen „verhüllt und herumgedreht“, bevor man sie auf die Suche nach einer Eizelle schickte, um ihre Zukunft daran zu binden – wie ein winziges Partyspiel mit viel größeren Implikationen.
Der Kanal, den die Spermien durchqueren mussten, wurde entworfen, um den weiblichen Fortpflanzungstrakt von Säugetieren nachzuahmen. Wenn Spermien ein verwirrtes Gefühl dafür hatten, was oben oder unten, vorne oder hinten ist, war es schwieriger für sie, sich zurechtzufinden.
„Wir beobachteten eine signifikante Verringerung der Anzahl von Spermien, die in der Lage waren, unter Mikrogravitationsbedingungen erfolgreich ihren Weg durch das Labyrinth zu finden, im Vergleich zur normalen Schwerkraft“, erklärt die Biologin Nicole McPherson von der Universität Adelaide.
Diese Ergebnisse bauen auf einer früheren Studie auf, die zeigte, dass menschliche Spermien, die wechselnden Schwerkraftverhältnissen ausgesetzt waren, erhebliche Abnahmen in ihrer Bewegung und Gesundheit zeigten.
Es scheint, dass sich der Grund dafür darin befindet, dass ohne den sicheren Zug der Schwerkraft die Spermienzellen den Kontakt mit den Kanalwänden verlieren, was normalerweise ihren Weg nach vorne bestimmt.
Dennoch ist die Schwerkraft nicht die einzige Kraft, die Spermien nutzen, um ihren Weg zu finden. Forscher konnten menschliche Spermien in der Mikrogravitation ans Ende des Labyrinths bringen, solange sie eine starke chemische Spur mit dem Hormon Progesteron legten.
„Diese Erkenntnisse unterstreichen die Bedeutung chemotaktischer Spermienreaktionen unter Mikrogravitation“, schließen die Autoren.
Interessanterweise deuten die Ergebnisse darauf hin, dass Spermien adaptive Prozesse besitzen könnten, die es ihnen ermöglichen, selbst in Abwesenheit von Schwerkraft den Ort der Befruchtung zu erreichen.
Aber ein Mangel an Schwerkraft könnte mehr stören als nur die Navigation. Selbst wenn ein Spermium, das der Mikrogravitation ausgesetzt war, eine Eizelle findet, könnten sich nachgelagerte Effekte ergeben.
Als die Forscher Mausspermien vier Stunden lang durch die Klinostatmaschine schickten und sie dann mit Eizellen zusammenbrachten, waren die Befruchtungsraten um 30 Prozent weniger erfolgreich im Vergleich zu typischen Spermien.
„Wir beobachteten reduzierte Befruchtungsraten während vier bis sechs Stunden Exposition gegenüber Mikrogravitation“, sagt McPherson.
Eine längere Exposition schien noch schädlicher zu sein, was zu Entwicklungsverzögerungen und in einigen Fällen zu einer verringerten Zahl von Zellen führte, die in den frühesten Stadien der Embryonalentwicklung den Fötus bilden.
Ob das Gleiche für Menschen gilt, ist unklar, aber in der Klinostatmaschine verhalten sich menschliche Spermien und Mausspermien ähnlich.
Da der kommerzielle Raumflug zunimmt, haben einige Wissenschaftler gewarnt, dass wir noch viel zu wenig darüber wissen, wie Mikrogravitation und andere Gefahren des Weltraums, wie Strahlung, die menschlichen Gonaden und die Fortpflanzung beeinträchtigen könnten.
Diese Einblicke… unterstreichen die Komplexität des reproduktiven Erfolgs unter Mikrogravitation und die entscheidende Notwendigkeit für weitere Forschung in allen Phasen der frühen Entwicklung.
Die Studie wurde in Communications Biology veröffentlicht.