Sperm neden hâlâ bu kadar gizemli?

Her kalp atışı bir erkeğin yaklaşık bin sperm üretmesine yol açar. Cinsel birliktelik sırasında ise 50 milyondan fazla minik “yüzücü” yumurtayı döllemek için çabaya başlar. Lakin bu kahraman seyahati tamamlayabilen sırf çok az sperm vardır. Sonunda tek bir sperm müsabakayı kazanır ve yumurtanın içine girer.

Ancak bu destansı seyahat ve bu spermlerin ta kendisi hâlâ bilim dünyası için büyük bir sır. İskoçya’daki Dundee Üniversitesi’nden üreme biyolojisi uzmanı Sarah Martins da Silva “Sperm nasıl yüzer? Yumurtayı nasıl bulur? Onu nasıl dölleyebilir?” diye soruyor.

Sperm keşfinden yaklaşık 350 yıl sonra bile bu sorular hâlâ şaşırtan biçimde net cevaplara sahip değil.

Yeni geliştirilen metotlarla bilim insanları artık spermin testislerdeki oluşumundan, bayanın bedeninde yumurtanın döllenmesine kadar olan göçünü takip edebiliyor.

Bu çalışmalar, spermin nitekim nasıl yüzdüğünden, bayan bedenine ulaştığında geçirdiği şaşırtan değişimlere kadar çığır açıcı yeni keşiflere yol açıyor.

Martins da Silva, “Sperm – ya da spermatozoa – dünyadaki başka tüm hücrelerden ‘çok lakin çok farklıdır'” diyor.

“Enerjiyi tıpkı biçimde kullanmazlar. Öteki tüm hücrelerde bulunmasını beklediğimiz çeşitten hücresel metabolizmaya ve sistemlere sahip değiller.”

Spermatozoalardan beklenen geniş işlev yelpazesi nedeniyle, öteki hücrelere kıyasla daha fazla güce gereksinim duyarlar. Ayrıyeten ejakülasyon sırasında ve bayan üreme kanalındaki seyahat boyunca çevresel ipuçlarına ve değişen güç ihtiyaçlarına cevap verebilmeleri için esnek olmaları gerekir.

Martins da Silva, spermin insan bedeni dışında hayatta kalabilen tek hücre olduğunu da ekliyor.

“Bu nedenle harika formda özelleşmişlerdir.”

Ancak boyutları nedeniyle bu küçük hücreleri incelemek hayli sıkıntı.

“Üreme hakkında çok şey biliyoruz ancak hâlâ anlamadığımız çok büyük bir kısmı var.”

SPERM TAM OLARAK NEDİR?

Spermin ne olduğuna dair temel bir soru ise yaklaşık 350 yıllık araştırmalara karşın uzun müddet cevapsız kaldı: Sperm tam olarak nedir?

İngiltere’deki Nottingham Üniversitesi’nde üreme ve gelişim fizyolojisi alanında Doç. Dr. Adam Watkins, “Sperm inanılmaz derecede âlâ paketlenmiş bir hücre,” diyor ve şöyle devam ediyor:

“Spermi çoklukla yalnızca kuyruğu olan bir DNA torbası olarak düşünürdük. Lakin artık fark ediyoruz ki bu epey karmaşık bir hücre. İçinde çok daha fazla genetik bilgi var.”

Spermin bilimsel keşfi 1677 yılında, Hollandalı mikrobiyolog Antoni van Leeuwenhoek’un 500 el imali mikroskobundan biriyle “meni hayvancıkları” ismini verdiği şeyi görmesiyle başladı.

1683 yılında, minyatür ve tam bir insanın yumurtada değil, erkeğin “hayvancık gibisi tohumunda” bulunduğu sonucuna vardı. 1685’te ise her bir spermatozoonun içinde, kendi “canlı ruhuyla” birlikte eksiksiz bir minyatür insan olduğunu ilan etti.

Neredeyse 200 yıl sonra, 1869’da, İsviçreli doktor ve biyolog Johannes Friedrich Miescher, hastane sargılarında biriken irinden alınan insan akyuvarlarını incelerken, çekirdeklerin içinde “nüklein” ismini verdiği bir unsur keşfetti. Bu terim daha sonra “nükleik asit” olarak değiştirildi ve nihayetinde “deoksiribonükleik asit” yani DNA halini aldı.

Miescher, DNA araştırmalarını derinleştirmek için sperm hücrelerine yöneldi. Bilhassa somon spermi, büyük çekirdekleri sayesinde “çekirdek malzemesi için kusursuz ve daha keyifli bir kaynak” olarak tercih edildi.

Laboratuvar pencerelerini açık tutarak, somon sperminin bozulmasını önlemek için dondurucu şartlarda çalıştı.

1874’te sperm hücresinin temel bileşenlerinden biri olan ve “protamin” ismini verdiği maddeyi tanımladı. Bu, sperm hücresini oluşturan proteinlere dair birinci bakıştı. Fakat spermin tam protein içeriğinin tanımlanması 150 yıl daha aldı.

O vakitten bu yana sperm hakkında bilgimiz büyük ölçüde arttı. Lakin Watkins’in dediği üzere hâlâ birçok bilinmeyen var.

Bilim insanları erken embriyo gelişimini daha yeterli anladıkça, spermin sırf babanın kromozomlarını değil, genlerin nasıl ve ne vakit kullanılacağını etkileyen epigenetik bilgileri de aktardığını fark ediyorlar.

Watkins’e nazaran bu, embriyonun gelişimini ve hatta doğacak bireyin hayat seyrini etkileyebilir.

Sperm hücreleri, ergenlikten itibaren testislerdeki seminifer tübüllerde üretilmeye başlar.

Watkins, “Testislerin içine bakarsanız, sperm üretimi yuvarlak bir hücreyle başlar ve bu hücre diğer rastgele bir hücreye benzeri,” diyor.

“Sonrasında inanılmaz bir değişim geçirir; baş kısmı ve kuyruğuyla sperm formunu alır. Bedendeki öbür hiçbir hücre bu halde, bu kadar eşsiz bir yapısal değişim geçirmez.”

Spermin erkek vücudunda olgunlaşması yaklaşık dokuz hafta sürer. Boşaltılmayan sperm hücreleri sonunda ölür ve beden tarafından emilir.

Ancak şanslı olanlar ejakülasyonla dışarı atılır ve böylelikle serüven başlar.

SPERMİN YOLCULUĞU

Ejakülasyondan sonra, bu küçük hücrelerin her biri, 50 milyon rakibiyle birlikte yumurtaya hakikat kuyruklarını kullanarak yüzmeye başlar.

Ama tadpole gibisi bu yüzüş imajlarına karşın, bilim insanları spermin hakikaten nasıl hareket ettiğini fakat yeni yeni anlamaya başlıyor.

Eskiden spermin kuyruğunun (flagellumunun) kurbağa yavrusu üzere sağa sola sallandığı düşünülüyordu. Fakat 2023’te İngiltere’de Bristol Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, sperm kuyruğunun hareketlerinin, matematikçi ve II. Dünya Savaşı kod çözücüsü Alan Turing’in ortaya koyduğu desen oluşumu şablonunu izlediğini keşfetti.

Turing 1952 yılında kimyasal tepkilerin tabiatta desenler oluşturabileceğini fark etti.

İki biyolojik kimyasalın birbirleriyle hareket edip yansımaya girmesiyle parmak izleri, tüyler, yapraklar ya da kumda oluşan dalgalar üzere desenlerin oluşabileceğini öne sürdü.

Bu fikir “reaksiyon-difüzyon teorisi” olarak bilinir. 3D mikroskopiyle çalışan Bristol araştırmacıları, sperm flagellumunun dalgalar oluşturarak kendini ileriye ittiğini ortaya çıkardı.

Bu keşif, spermin hareketini anlamanın erkek doğurganlığını çözmede değerli bir adım olduğunu gösteriyor.Sperm hareket etmeye başladığında, rahim ağzından geçip rahme ulaşır ve yumurtaya giden fallop tüplerinde ilerler. Lakin burada bilgi eksikliğiyle karşılaşıyoruz zira bilim insanları spermin yumurtaya nasıl ulaştığını tam olarak bilmiyor.

Sağlıklı spermatozoalar ve yanlışsız yolu bulanlar nadiren oluyor. Birçoğu bayan bedenindeki bu labirentte kaybolur ve gayeye asla ulaşamaz.

Fallop tüplerine ulaşmayı başaranlar ise muhtemelen yumurta tarafından salınan kimyasal sinyallerle istikamet buluyor. Yeni bir teoriye nazaran sperm, bu yolu bulmak için “tat alma reseptörleri” kullanarak adeta tadını “alarak” ilerliyor olabilir.

Sperm yumurtayı bulduğunda bile gayret şimdi bitmiş olmaz.

Yumurta, üç katmanlı bir zırhla çevrili: Hücrelerden oluşan corona radiata, protein yapılı jölemsi bir doku olan zona pellucida ve son olarak yumurta hücresinin plazma zarı.

Sperm hücreleri bu katmanları delip geçmek zorundadır. Bunun için spermin baş kısmındaki, yumurtayı çözen enzimleri içeren akrozom ismi verilen şapka gibisi yapı devreye girer. Fakat bu enzimlerin salınmasını neyin tetiklediği hâlâ bilinmiyor.

Sonrasında sperm başındaki sivri yapı ile yumurtaya girmeye çalışır; kuyruğunu süratle çırparak içeriye yanlışsız itilir. Sonunda bir sperm yumurtanın zarına temas ettiğinde, içine alınır ve döllenme tamamlanır.

İnsan hücreleri diploiddir. Yani biri anneden, biri babadan olmak üzere iki tam kromozom setine sahiptir. Şayet birden fazla sperm yumurtaya girerse, buna polispermi denir ve bu, büyüyen embriyo için ölümcül olabilecek kromozom sayısında dengesizlik manasına gelir.

Bunu önlemek için yumurta iki sistem kullanır. Evvel plazma zarı süratle depolarize olur, yani elektriksel bir bariyer oluşturarak öbür spermlerin geçişini maniler.

Ancak bu kısa müddette olağana döner. İşte burada da kortikal tepki devreye girer. Ani bir kalsiyum salınımı zona pellucida’nın sertleşmesini sağlar ve böylelikle spermlere karşı geçirimsiz bir kalkan oluşur.

Yani seyahate çıkan milyonlarca spermden yalnızca biri (en fazla biri) vazifesini tamamlayabilir. Bu epik seyahat, yumurta ile birleşmeyle son bulur.

Günümüzde araştırmacılar hâlâ sperm ve yumurtanın birbirini nasıl tanıdığını, nasıl bağlandığını ve birleştiğini sağlayan yüzey proteinlerini belirlemeye çalışıyor. Son yıllarda bu sürece dâhil birtakım proteinler farelerde ve balıklarda tanımlandı. Lakin bu moleküllerin birden fazla hâlâ bilinmiyor. Münasebetiyle sperm ve yumurtanın birbirini nasıl tanıdığı ve birleştiği hususları hâlâ çözülmemiş gizemler olarak kalıyor.

“ERKEK BEDENİNDEKİ SPERM KISSANIN YALNIZCA YARISI”

Amerika’daki Syracuse Üniversitesi’nde biyoloji profesörü Scott Pitnick’e nazaran, spermi anlamanın bir yolu da insan dışındaki cinsleri incelemek. İnsan spermi mikroskobiktir ve çıplak gözle görülemez. Lakin birtakım meyve sineği cinsleri, kendi beden uzunluklarının 20 katı büyüklüğünde sperm üretir. Bu, bir erkeğin 40 metrelik bir piton uzunluğunda sperm üretmesi üzeredir.

Pitnick, meyve sineği sperminin başlarını ışıldayacak halde genetik olarak değiştiriyor. Bu sayede onların, dişi sineğin üreme kanalında nasıl hareket ettiklerini gözlemleyebiliyor ve döllenmeye dair moleküler seviyede yeni detaylar keşfedebiliyor.

“Neden kimi tiplerde erkekler devasa sperm üretir?” diye soran Pitnick, “Görünüşe nazaran, dişiler üreme sistemlerini buna nazaran evrimleştirdiği için” cevabını veriyor.

Ancak bunun da “pek açıklayıcı bir cevap olmadığını” söylüyor zira bu, sırf öbür bir soruya yönlendiriyor: Dişiler neden bu halde evrimleşti?

“Bunu hâlâ hiç anlamıyoruz.”

Ancak bu, Pitnick’e nazaran şunu öğretiyor: Erkek bedenindeki sperm, öykünün sırf yarısı.”Tarihte bilimde büyük bir cinsiyet yanlılığı var. Çok derecede erkek odaklı bir bilim anlayışı kelam konusu. Lakin sistemi yönlendiren aslında dişi evrimi ve erkekler yalnızca ayak uydurmaya çalışıyor.”

Pitnick, spermin dünyadaki en çeşitli ve en süratli evrimleşen hücre çeşidi olduğunu söylüyor. Sperm neden bu kadar dramatik halde evrim geçirdi? Bu, biyologları yüzyıldan fazla müddettir şaşırtan bir gizem.

“Kadın üreme sistemi inanılmaz derecede süratli evrilen bir ortam,” diyor Pitnick ve şöyle devam ediyor:

“Spermin dişi bedeninde ne yaptığı hakkında çok az şey biliyoruz. Asıl bâtın dünya orası. Bence dişi üreme sistemi, cinsel seçilim, evrim ve tipleşme teorisinin keşfedilmemiş en büyük sonudur.”

Pitnick’e nazaran, meyve sineğinin uzun kuyruklu spermi bir süs öğesi olarak kıymetlendirilebilir. Tıpkı bir geyik boynuzu ya da tavus kuşu tüyü üzere.

Pitnick bunu, “Süsler, evrimde ‘bir cins silah’ olarak fonksiyon görür,” diye açıklıyor.

Yalnızca yırtıcılardan korunma hedefi taşımazlar, birçok vakit cinsellik ve erkekler ortası rekabetle ilgilidirler.

“Uzun sperm flagellumu tam manasıyla bir süs tarifine uyuyor. Dişi üreme sistemi, birtakım sperm çeşitlerinin lehine seçilim sağlayan özelliklere sahip üzere görünüyor.”

Pitnick, çiftleşme öncesi cinsel seçilim hakkında çok şey bildiğimizi söylüyor.

“Mesela, açık toprakta dans eden bozkır tavuklarını ya da yağmur ormanında sergilenen bir cennet kuşunu düşünün. Hareket, renk, koku…”

Ancak çiftleşmeden sonra dişinin bedeninde devam eden cinsel seçilim ve bu durumun spermin evrimini nasıl yönlendirdiği büyük ölçüde gizemini koruyor.

Pitnick, “Süslerin ve tercihlerinin genetiği hakkında hâlâ çok az şey biliyoruz,” diyor.

Spermi tam olarak anlayabilmek için, tüm hayat döngüsünü düşünmek gerektiğini söylüyor Pitnick. Dişi vücudu bu gelişimin büyük bir modülü.

“Sperm, testislerde gelişimini tamamladığında şimdi olgunlaşmış sayılmaz.”

Dişi üreme sistemiyle sperm ortasında karmaşık ve kritik etkileşimler olduğunu belirten Pitnick, “Şu anda, ejakülasyon sonrası sperm üzerinde oluşan değişimleri hayvanlar âlemi genelinde araştırıyoruz” diyor.

KISIRLIĞI ANLAMAK

Bilim insanları, bir spermin döllenmeye ulaşmak için geçtiği süreçleri çözmeye çalışırken, öteki araştırmalar da insan sperminin mevcut durumu hakkında telaş verici sonuçlar ortaya koyuyor.

Erkekler hayatları boyunca yaklaşık bir trilyon sperm üretir. Bu kulağa hakikaten de çok gelebilir. Fakat araştırmalar, sperm sayılarının dünya genelinde süratle düştüğünü ve bu düşüşün giderek hızlandığını gösteriyor.

2023’te yayımlanan Dünya Sıhhat Örgütü (WHO) raporuna nazaran, dünya genelindeki yetişkinlerin yaklaşık altıda biri kısırlıkla karşı karşıya. Erkek kısırlığı tüm olayların yaklaşık yarısını oluşturuyor.

Kirlilik, sigara, alkol, berbat beslenme, idman eksikliği ve gerilim, erkek kısırlığını etkileyen faktörler ortasında sayılıyor.

Ancak doğurganlık sorunu yaşayan erkeklerin birçoklarında, neden hâlâ açıklanamamış durumda.

İngiltere’deki Manchester Üniversitesi’nde anne ve fetüs sıhhati alanında doktora sonrası araştırma vazifelisi olan Hannah Morgan “Bu kadar çok değişken varken, yanlış gidebilecek çok fazla şey var,” diyor.

“Sorun, bir sistem olabilir: Düzgün yüzemiyor olabilir, bu nedenle yumurtaya ulaşamaz. Ya da spermin başında ya da öbür bir bölgesinde çok daha ince bir sorun olabilir. O kadar çok farklı biçimde özelleşmiş bir hücre ki, çok küçük şeyler bile bozulabilir.”

Morgan’a nazaran bir erkeğin kısır olup olmadığını anlamanın bir yolu da sperm hücresinin içine bakmak olabilir.

“DNA’sı nasıl görünüyor? Nasıl paketlenmiş? Ne kadar parçalanmış? Sperm hücresini kırdığınızda bakabileceğiniz pek çok şey var. Ancak güzel ya da berbat ölçüm nedir? Bunu hakikaten bilmiyoruz.”

Morgan, “Belki de spermin gizemini ve nasıl çalıştığını çözerek, erkek kısırlığını da anlamaya başlayabiliriz,” diyor.