Katherine Latham
BBC Future / BBC Türkçe
Her kalp atışı bir erkeğin yaklaşık bin sperm üretmesine yol açar. Cinsel birliktelik sırasında ise 50 milyondan fazla minik "yüzücü" yumurtayı döllemek için mücadeleye başlar. Ancak bu kahraman yolculuğu tamamlayabilen yalnızca çok az sperm var. Sonunda tek bir sperm yarışmayı kazanır ve yumurtanın içine girer.
Ancak bu destansı yolculuk 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 şaşırtıcı biçimde net yanıtlara sahip değil.
Yeni geliştirilen yöntemlerle bilim insanları artık spermin testislerdeki oluşumundan, kadının vücudunda yumurtanın döllenmesine kadar olan göçünü takip edebiliyor.
Bu çalışmalar, spermin gerçekten nasıl yüzdüğünden, kadın vücuduna ulaştığında geçirdiği şaşırtıcı değişimlere kadar çığır açıcı yeni keşiflere yol açıyor.
Martins da Silva, "Sperm – ya da spermatozoa – dünyadaki diğer tüm hücrelerden 'çok ama çok farklıdır'" diyor.
"Enerjiyi aynı şekilde kullanmazlar. Diğer tüm hücrelerde bulunmasını beklediğimiz türden hücresel metabolizmaya ve mekanizmalara sahip değiller."
Spermatozoalardan beklenen geniş fonksiyon yelpazesi nedeniyle, diğer hücrelere kıyasla daha fazla enerjiye ihtiyaç duyarlar. Ayrıca ejakülasyon (boşalma) sırasında ve kadın üreme kanalındaki yolculuk boyunca çevresel ipuçlarına ve değişen enerji gereksinimlerine yanıt verebilmeleri için esnek olmaları gerekir.
Martins da Silva, spermin insan vücudu dışında hayatta kalabilen tek hücre olduğunu da ekliyor.
"Bu nedenle olağanüstü şekilde özelleşmişlerdir."
Ancak boyutları nedeniyle bu küçük hücreleri incelemek oldukça zor.
"Üreme hakkında çok şey biliyoruz ama hâlâ anlamadığımız çok büyük bir kısmı var."
Sperm tam olarak nedir?
İngiltere'deki Nottingham Üniversitesi'nde üreme ve gelişim fizyolojisi alanında Doç. Dr. Adam Watkins, "Sperm inanılmaz derecede iyi paketlenmiş bir hücre," diyor ve şöyle devam ediyor:
"Spermi genellikle sadece kuyruğu olan bir DNA torbası olarak düşünürdük. Ama artık fark ediyoruz ki bu oldukça karmaşık bir hücre. İçinde çok daha fazla genetik bilgi var."
Spermin bilimsel keşfi 1677 yılında, Hollandalı mikrobiyolog Antoni van Leeuwenhoek'un 500 el yapımı mikroskobundan biriyle "meni hayvancıkları" adını verdiği şeyi görmesiyle başladı.
1683 yılında, minyatür ve tam bir insanın yumurtada değil, erkeğin "hayvancık benzeri 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 hekim ve biyolog Johannes Friedrich Miescher, hastane sargılarında biriken irinden alınan insan akyuvarlarını incelerken, çekirdeklerin içinde "nüklein" adını verdiği bir madde 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. Özellikle somon spermi, büyük çekirdekleri sayesinde "çekirdek materyali için mükemmel ve daha verimli bir kaynak" olarak tercih edildi.
Laboratuvar pencerelerini açık tutarak, somon sperminin bozulmasını önlemek için dondurucu koşullarda çalıştı.
1874'te sperm hücresinin temel bileşenlerinden biri olan ve "protamin" adını verdiği maddeyi tanımladı. Bu, sperm hücresini oluşturan proteinlere dair ilk bakıştı. Ancak spermin tam protein içeriğinin tanımlanması 150 yıl daha aldı.
O zamandan bu yana sperm hakkında bilgimiz büyük ölçüde arttı. Ama Watkins'in dediği gibi hâlâ birçok bilinmeyen var.
Bilim insanları erken embriyo gelişimini daha iyi anladıkça, spermin yalnızca babanın kromozomlarını değil, genlerin nasıl ve ne zaman kullanılacağını etkileyen epigenetik bilgileri de aktardığını fark ediyorlar.
Watkins'e göre bu, embriyonun gelişimini ve hatta doğacak bireyin yaşam seyrini etkileyebilir.
Sperm hücreleri, ergenlikten itibaren testislerdeki seminifer tübüllerde üretilmeye başlar.
Watkins, "Testislerin içine bakarsanız, sperm üretimi yuvarlak bir hücreyle başlar ve bu hücre başka herhangi bir hücreye benzer," diyor.
"Sonrasında inanılmaz bir değişim geçirir; baş kısmı ve kuyruğuyla sperm formunu alır. Vücuttaki başka hiçbir hücre bu şekilde, bu denli benzersiz bir yapısal değişim geçirmez."
Spermin erkek bedeninde olgunlaşması yaklaşık dokuz hafta sürer. Boşaltılmayan sperm hücreleri sonunda ölür ve vücut tarafından emilir.
Ancak şanslı olanlar ejakülasyonla dışarı atılır ve böylece serüven başlar.
Spermin yolculuğu
Ejakülasyondan sonra, bu küçük hücrelerin her biri, 50 milyon rakibiyle birlikte yumurtaya doğru kuyruklarını kullanarak yüzmeye başlar.
Ama tadpole benzeri bu yüzüş görüntülerine rağmen, bilim insanları spermin gerçekten nasıl hareket ettiğini ancak yeni yeni anlamaya başlıyor.
Eskiden spermin kuyruğunun (flagellumunun) kurbağa yavrusu gibi sağa sola sallandığı düşünülüyordu. Ancak 2023'te İngiltere'de Bristol Üniversitesi'ndeki araştırmacılar, sperm kuyruğunun hareketlerinin, matematikçi ve İkinci Dünya Savaşı sırasında kriptolog Alan Turing'in ortaya koyduğu desen oluşumu şablonunu izlediğini keşfetti.
Turing 1952 yılında kimyasal reaksiyonların doğada desenler oluşturabileceğini fark etti.
İki biyolojik kimyasalın birbirleriyle hareket edip tepkimeye girmesiyle parmak izleri, tüyler, yapraklar ya da kumda oluşan dalgalar gibi 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 önemli bir adım olduğunu gösteriyor.
Sperm hareket etmeye başladığında, rahim ağzından geçip rahme ulaşır ve yumurtaya giden fallop tüplerinde ilerler. Ancak burada bilgi eksikliğiyle karşılaşıyoruz çünkü bilim insanları spermin yumurtaya nasıl ulaştığını tam olarak bilmiyor.
Sağlıklı spermatozoalar ve doğru yolu bulanlar nadiren oluyor. Birçoğu kadın vücudundaki bu labirentte kaybolur ve hedefe asla ulaşamaz.
Fallop tüplerine ulaşmayı başaranlar ise muhtemelen yumurta tarafından salınan kimyasal sinyallerle yön buluyor. Yeni bir teoriye göre sperm, bu yolu bulmak için "tat alma reseptörleri" kullanarak adeta tadını "alarak" ilerliyor olabilir.
Sperm yumurtayı bulduğunda bile mücadele henüz 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 adı verilen şapka benzeri yapı devreye girer. Ancak bu enzimlerin salınmasını neyin tetiklediği hâlâ bilinmiyor.
Sonrasında sperm başındaki sivri yapı ile yumurtaya girmeye çalışır; kuyruğunu hızla çırparak içeriye doğru 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. Eğer birden fazla sperm yumurtaya girerse, buna polispermi denir ve bu, büyüyen embriyo için ölümcül olabilecek kromozom sayısında dengesizlik anlamına gelir.
Bunu önlemek için yumurta iki mekanizma kullanır. Önce plazma zarı hızla depolarize olur, yani elektriksel bir bariyer oluşturarak diğer spermlerin geçişini engeller.
Ancak bu kısa sürede normale döner. İşte burada da kortikal reaksiyon devreye girer. Ani bir kalsiyum salınımı zona pellucida'nın sertleşmesini sağlar ve böylece spermlere karşı geçirimsiz bir kalkan oluşur.
Yani yolculuğa çıkan milyonlarca spermden sadece biri (en fazla biri) görevini tamamlayabilir. Bu epik yolculuk, 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 bazı proteinler farelerde ve balıklarda tanımlandı. Ancak bu moleküllerin çoğu hâlâ bilinmiyor. Dolayısıyla sperm ve yumurtanın birbirini nasıl tanıdığı ve birleştiği konuları hâlâ çözülmemiş gizemler olarak kalıyor.
'Erkek vücudundaki sperm, hikâyenin yalnızca yarısı'
Amerika'daki Syracuse Üniversitesi'nde biyoloji profesörü Scott Pitnick'e göre, spermi anlamanın bir yolu da insan dışındaki türleri incelemek. İnsan spermi mikroskobiktir ve çıplak gözle görülemez. Ancak bazı meyve sineği türleri, kendi vücut uzunluklarının 20 katı büyüklüğünde sperm üretir. Bu, bir erkeğin 40 metrelik bir piton uzunluğunda sperm üretmesi gibidir.
Pitnick, meyve sineği sperminin başlarını ışıldayacak şekilde genetik olarak değiştiriyor. Bu sayede onların, dişi sineğin üreme kanalında nasıl hareket ettiklerini gözlemleyebiliyor ve döllenmeye dair moleküler düzeyde yeni ayrıntılar keşfedebiliyor.
"Neden bazı türlerde erkekler devasa sperm üretir?" diye soran Pitnick, "Görünüşe göre, dişiler üreme sistemlerini buna göre evrimleştirdiği için" yanıtını veriyor.
Ancak bunun da "pek açıklayıcı bir yanıt olmadığını" söylüyor çünkü bu, yalnızca başka bir soruya yönlendiriyor: Dişiler neden bu şekilde evrimleşti?
"Bunu hâlâ hiç anlamıyoruz."
Ancak bu, Pitnick'e göre şunu öğretiyor: Erkek vücudundaki sperm, hikâyenin yalnızca yarısı.
"Tarihte bilimde büyük bir cinsiyet yanlılığı var. Aşırı derecede erkek odaklı bir bilim anlayışı söz konusu. Ama sistemi yönlendiren aslında dişi evrimi ve erkekler sadece ayak uydurmaya çalışıyor."
Pitnick, spermin dünyadaki en çeşitli ve en hızlı evrimleşen hücre türü olduğunu söylüyor. Sperm neden bu kadar dramatik şekilde evrim geçirdi? Bu, biyologları yüzyıldan fazla süredir şaşırtan bir gizem.
"Kadın üreme sistemi inanılmaz derecede hızlı evrilen bir ortam," diyor Pitnick ve şöyle devam ediyor:
"Spermin dişi vücudunda ne yaptığı hakkında çok az şey biliyoruz. Asıl gizli dünya orası. Bence dişi üreme sistemi, cinsel seçilim, evrim ve türleşme teorisinin keşfedilmemiş en büyük sınırıdır."
Pitnick'e göre, meyve sineğinin uzun kuyruklu spermi bir süs öğesi olarak değerlendirilebilir. Tıpkı bir geyik boynuzu ya da tavus kuşu tüyü gibi.
Pitnick bunu, "Süsler, evrimde 'bir tür silah' olarak işlev görür," diye açıklıyor.
Yalnızca yırtıcılardan korunma amacı taşımazlar, çoğu zaman cinsellik ve erkekler arası rekabetle ilgilidirler.
"Uzun sperm flagellumu tam anlamıyla bir süs tanımına uyuyor. Dişi üreme sistemi, bazı sperm türlerinin lehine seçilim sağlayan özelliklere sahip gibi görünüyor."
Pitnick, çiftleşme öncesi cinsel seçilim hakkında çok şey bildiğimizi söylüyor.
"Mesela, açık arazide dans eden çayırtavuklarını ya da yağmur ormanında sergilenen bir cennetkuşunu düşünün. Hareket, renk, koku..."
Ancak çiftleşmeden sonra dişinin vücudunda 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 yaşam döngüsünü düşünmek gerektiğini söylüyor Pitnick. Dişi bedeni bu gelişimin büyük bir parçası.
"Sperm, testislerde gelişimini tamamladığında henüz olgunlaşmış sayılmaz."
Dişi üreme sistemiyle sperm arasında karmaşık ve kritik etkileşimler olduğunu belirten Pitnick, "Şu anda, ejakülasyon sonrası sperm üzerinde oluşan değişimleri hayvanlar âlemi genelinde araştırıyoruz" diyor.
Kısırlığı anlamak
Bilim insanları, bir spermin döllenmeye ulaşmak için geçtiği süreçleri çözmeye çalışırken, diğer araştırmalar da insan sperminin mevcut durumu hakkında endişe verici sonuçlar ortaya koyuyor.
Erkekler yaşamları boyunca yaklaşık bir trilyon sperm üretir. Bu kulağa gerçekten de çok gelebilir. Ancak araştırmalar, sperm sayılarının dünya genelinde hızla düştüğünü ve bu düşüşün giderek hızlandığını gösteriyor.
2023'te yayımlanan Dünya Sağlık Örgütü (WHO) raporuna göre, dünya genelindeki yetişkinlerin yaklaşık altıda biri kısırlıkla karşı karşıya. Erkek kısırlığı tüm vakaların yaklaşık yarısını oluşturuyor.
Kirlilik, sigara, alkol, kötü beslenme, egzersiz eksikliği ve stres, erkek kısırlığını etkileyen faktörler arasında sayılıyor.
Ancak doğurganlık sorunu yaşayan erkeklerin çoğunda, neden hâlâ açıklanamamış durumda.
İngiltere'deki Manchester Üniversitesi'nde anne ve fetüs sağlığı alanında doktora sonrası araştırma görevlisi olan Hannah Morgan "Bu kadar çok değişken varken, yanlış gidebilecek çok fazla şey var" diyor.
"Sorun, bir mekanizma olabilir: İyi yüzemiyor olabilir, bu nedenle yumurtaya ulaşamaz. Ya da spermin başında ya da başka bir bölgesinde çok daha ince bir sorun olabilir. O kadar çok farklı şekilde özelleşmiş bir hücre ki, çok küçük şeyler bile bozulabilir."
Morgan'a göre 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. Ama iyi ya da kötü ölçüm nedir? Bunu gerçekten bilmiyoruz."
Morgan, "Belki de spermin gizemini ve nasıl çalıştığını çözerek, erkek kısırlığını da anlamaya başlayabiliriz," diyor.
