Spermium: Menschliche Spermien

Bau und Funktion

Das Spermium des Mannes besteht aus

einem Kopfteil, der den haploiden Zellkern und zwischen 2682 und 2886 verschiedene mRNA-Moleküle enthält,
einem Mittelstück mit einer Vielzahl von Mitochondrien, die die Energie in Form von ATP-Molekülen für die Fortbewegung liefern,
einem beweglichen Schwanzteil mit längsverlaufendem Fibrillensystem aus Mikrotubuli zur Fortbewegung.

Menschliche Spermien dienen - wie die Spermatozoen der anderen Organismen - der Befruchtung einer weiblichen Eizelle. Sie werden nach ihrer Fertigstellung (Spermatogenese) zunächst im männlichen Nebenhoden gelagert, um von dort aus über den Samenleiter und die Harnröhre bei der Ejakulation während des männlichen Orgasmus ausgestoßen zu werden. Rund 300 Millionen von ihnen landen in der weiblichen Scheide. Von der Scheide aus gelangt nur ein kleiner Teil der Spermien, die zur Befruchtung vorgesehen sind, über die Gebärmutter und den Eileiter zur Eizelle, dem weitaus größeren Teil gelingt der hindernisreiche Weg bis in diese Region nicht oder aber er ist für andere Funktionen vorgesehen (vergl. Spermienkonkurrenz). Auf dem Weg zur Eizelle werden die Spermien von einem maiglöckchenähnlichen Duft geleitet, das Bourgeonal, den die Eizelle absondert.

Aufgenommen werden die Duftreize von chemischen Rezeptor-Molekülen in der Membran des Anfangsteils des Spermienschwanzes, die denen in den Riechzellen unserer Nase ähneln. Trifft der weibliche Duftstoff auf den Rezeptor 17-4, steigt im Innern des Spermiums die Calcium-Konzentration. Dies hat zur Folge, dass das Spermium seine Schwimmrichtung ändert und gleichzeitig die Schwimmgeschwindigkeit verdoppelt.

Als Gegenstück (Antagonist) zum Maiglöckchen-Lockduft haben Forscher auch einen blockierenden Duft, den Aldehyd Undecanal identifiziert, aus dem sich in naher Zukunft womöglich eine neue Form der Empfängnisverhütung auf der Basis von Düften entwickeln ließe. Bringt man den blockierenden Duft in den Vaginalbereich ein, könnte man damit die Duftrezeptoren ausschalten. Die Spermien würden ziellos umher schwimmen und die Eizelle gar nicht mehr finden. Die Forschungsergebnisse eröffnen auch neue Möglichkeiten bei der Diagnostik von Unfruchtbarkeit: Männer, die keinen Maiglöckchenduft riechen können, weil die betreffenden Rezeptoren in ihrer Nase genetisch defekt sind, besitzen Spermien, deren Duftrezeptor durch den gleichen Gendefekt ebenfalls außer Funktion gesetzt wurde. Sie dürften größtenteils unfruchtbar sein, weil ihre Spermien die Eizelle nicht finden können.

Wegen der vielen Hindernisse erreichen unter Normalbedingungen nur etwa 300 Spermien diejenige Stelle am Ende des Eileiters, an der die Eizelle auf ihre Befruchtung wartet. Die Eizelle lässt sich allerdings nur von einem einzigen Spermium befruchten. Bei der Befruchtung dringt der Inhalt des Spermienkopfes in die Eizelle ein, die dadurch diploid wird und nun Zygote heißt. Nach neueren Erkenntnissen beeinflussen die zusammen mit dem Zellkern des Spermiums in die Eizelle eingedrungenen männlichen mRNA-Moleküle die Entwicklung des aus der Zygote entstehenden Embryos.

Fortbewegung

Die menschlichen Spermien besitzen eine bewegliche Geißel. Die beiden auf der Geißel markierten Punkte bewegen sich nach oben (linker Punkt) und unten (rechter Punkt). Diese Geschwindigkeit wird aufgeteilt in den Teil, der parallel V[par] zum Abschnitt der Geißel verläuft und den Teil, der senkrecht V[senkr] dazu verläuft. Die daraus resultierende Kraft F wird wiederum in zwei Teile aufgeteilt, nämlich den Teil der Kraft, der parallel zur Bewegungsrichtung des Spermiums wirkt (F[horiz]) und den Teil, der vertikal zur Bewegungsrichtung wirkt (F[vert]). Die Summe der beiden Kräfte, die parallel zur Bewegungsrichtung des Spermiums gerichtet sind, bilden die vorantreibende Kraft.

Quelle: Len Fisher: Reise zum Mittelpunkt des Frühstückseis

Aufbewahrung der Spermien zur künstlichen Befruchtung oberhalb des Gefrierpunktes

Spermien, die zur künstlichen Befruchtung dienen sollen, muss man nicht mehr wie bislang üblich in tiefgefrorenem Zustand in einer Samenbank aufbewahren; sie sollen künftig ganz einfach bei niedrigen Temperaturen oberhalb des Gefrierpunktes aufbewahrt werden können. Forscher aus Saudi-Arabien stellten im Jahre 2003 eine neue Methode vor, um Spermien ohne aufwändige Kühltechnik aufzubewahren. Dazu müssen die Spermien vorher gereinigt und in keimfreier Luft getrocknet werden. Zur Befruchtung erweckt man die Spermien später in einer Speziallösung wieder zum Leben und injiziert sie mit Hilfe der so genannten intrazytoplasmatischen Spermainjektion in die zu befruchtende Eizelle. Allerdings sind die bei diesen Temperaturen aufbewahrten Spermien nach der Revitalisierung nicht mehr bewegungsfähig, müssen zur Befruchtung also in jedem Fall direkt in die Eizelle injiziert werden.

Lebenserwartung

Nach einer Reifungsdauer von 74 Tagen kann ein Spermium bis zu einem Monat im Spermadepot des Mannes überdauern, in der Vagina nur wenige Stunden, im Gebärmutterhals jedoch bis zu 7 Tagen. An der Luft können Spermien je nach Umweltbedingungen (Licht, Temperatur, Feuchtigkeit) bis zu 24 Stunden überleben. Eine Abweichung vom optimalen, leicht sauren pH-Wert (6,0 - 6,5) kann zum spontanen Absterben führen. Die meisten in mechanischen und chemischen Verhütungsmethoden verwendeten Spermizide arbeiten auf dieser Basis. Die im Genitalbereich häufig verwendeten pH-neutralen Pflegeprodukte sind somit nicht spermizid und für eine verhütende Nachsorge ungeeignet.

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Aufbewahrung der Spermien zur künstlichen Befruchtung oberhalb des Gefrierpunktes

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