Een spermacel lijkt op het eerste gezicht niet meer dan een microscopisch klein bewegend celletje met een kop en een staart. Toch blijkt die eenvoudige vorm een verrassend verfijnd systeem te bevatten. Spermacellen kunnen reageren op chemische stoffen in hun omgeving, veranderingen in calciumconcentraties waarnemen en bepaalde moleculen herkennen met receptoren die we ook kennen uit andere zintuiglijke systemen.
Dat betekent niet dat een spermacel kan ruiken zoals wij een bloem ruiken of proeven zoals wij voedsel proeven. Het gaat om iets veel simpeler en tegelijkertijd fascinerenders: spermacellen ruiken en proeven op moleculair niveau. Ze gebruiken receptoren om hun omgeving te beoordelen en hun zwemgedrag daarop aan te passen.
Spermacellen ruiken: wat betekent dat eigenlijk?
Wanneer we het over ruiken hebben, denken we normaal gesproken aan onze neus. Geurmoleculen komen daar terecht op gespecialiseerde receptoren in zenuwcellen. Die geven vervolgens signalen door aan de hersenen, waar een geur wordt herkend.
Spermacellen hebben geen neus en geen hersenen. Toch dragen ze zogenoemde olfactorische receptoren – eiwitten die verwant zijn aan de receptoren die in ons reuksysteem voorkomen.
Onderzoekers hebben verschillende van deze receptoren op en rond spermacellen aangetroffen. Ze kunnen reageren op specifieke chemische stoffen en daarmee invloed hebben op de beweging van de staart.
Een bekend voorbeeld is hOR17-4, een olfactorische receptor die in menselijke spermacellen is onderzocht. In laboratoriumonderzoek bleek de receptor te reageren op bourgeon al, een synthetische geurstof met een geur die wordt geassocieerd met lelietje-van-dalen. De stof veroorzaakte veranderingen in calciumprocessen en zwemgedrag van spermacellen.
Daarmee werd een opvallend idee aannemelijk: een spermacel kan chemische informatie uit zijn omgeving gebruiken om zijn gedrag aan te passen.
Geen mini-neus, maar een moleculaire sensor
Het is belangrijk om dit niet te letterlijk te nemen. Een spermacel “ruikt” niet bewust en heeft geen ervaring van geur.
De receptor herkent een molecuul. Die herkenning zet vervolgens een keten van biochemische reacties in gang. Het resultaat kan bijvoorbeeld zijn dat de beweging van de zweepstaart verandert.
Het is dus eerder te vergelijken met een microscopische sensor dan met een menselijke reukzin.
Kunnen spermacellen ook proeven?
Ook hier is het antwoord verrassend – maar opnieuw moet het woord “proeven” niet letterlijk worden opgevat.
Spermacellen bevatten verschillende receptoren die behoren tot families van smaakreceptoren. Een daarvan is de TAS2R-familie, die bij mensen onder meer betrokken is bij het waarnemen van bittere smaken.
Bitterheid heeft bij ons een beschermende functie. Het kan een signaal zijn dat een stof mogelijk schadelijk is. In spermacellen wordt onderzocht of vergelijkbare receptoren helpen om chemische omstandigheden in de omgeving te detecteren en de beweeglijkheid van de cel te beïnvloeden.
Onderzoek naar smaak- en geurreceptoren in sperma wijst erop dat deze receptoren kunnen bijdragen aan processen zoals beweeglijkheid, capaciteits en de acrosoomreactie – veranderingen die belangrijk zijn voordat een spermacel een eicel kan bevruchten.
Het beeld van een spermacel met een kleine tong is daarom vooral een aantrekkelijke metafoor. Het gaat in werkelijkheid om moleculaire herkenning.
De rol van calcium en een speciaal kanaal in de zaadcel
Maar een receptor die een chemisch signaal herkent, is pas het begin. De zaadcel moet vervolgens ook op dat signaal kunnen reageren.
Daarbij speelt een bijzonder eiwitkanaal in de zaadcel een belangrijke rol. Dit kanaal, met de wetenschappelijke naam CatSper, zorgt ervoor dat calciumionen de zaadcel kunnen binnenstromen. Calcium werkt binnen de cel als een soort boodschapper en helpt verschillende processen aan te sturen.
Wanneer bepaalde stoffen dit kanaal beïnvloeden, kan de hoeveelheid calcium in de zaadcel veranderen. Dat heeft invloed op de beweging van de zweepstaart waarmee de zaadcel zich voortbeweegt. Ook andere processen die nodig zijn om een eicel te kunnen bevruchten, kunnen hierdoor worden beïnvloed.
Progesteron is bijvoorbeeld een van de stoffen die de activiteit van menselijke spermacellen kan beïnvloeden. Daarbij is de relatie complexer dan het simpele idee dat progesteron als een soort “geurspoor” rechtstreeks naar de eicel leidt. Onderzoek laat zien dat progesteron onder meer de beweeglijkheid en hyperactivatie van sperma beïnvloedt, terwijl de precieze rol als chemotactisch loksignaal genuanceerder ligt.
Kunnen spermacellen dan ook licht waarnemen?
Nog merkwaardiger is de aanwezigheid van zogenoemde opsinen in spermacellen. Opsinen zijn eiwitten die we vooral kennen uit het visuele systeem.
Dat betekent echter niet dat spermacellen kunnen zien. Er is geen oog, geen retina en geen brein waarin een beeld wordt gevormd.
Waarom spermacellen dergelijke eiwitten bevatten en welke functie ze precies hebben, is nog niet volledig opgehelderd. Receptoren uit deze groep kunnen ook buiten het klassieke gezichtsvermogen verschillende biologische functies hebben. Onderzoekers vermoeden daarom dat hun aanwezigheid in spermacellen mogelijk verband houdt met celontwikkeling of andere vormen van signaalverwerking. Het precieze mechanisme blijft onderwerp van onderzoek.
Dat is misschien juist een van de interessantste aspecten van deze ontdekking: niet alles wat wetenschappers in een cel aantreffen, heeft al een volledig verklaarde functie.
Hoe vindt een spermacel uiteindelijk de eicel?
De reis van spermacellen door het vrouwelijke voortplantingsstelsel is geen eenvoudige rechte zwemtocht. Slechts een klein deel van de miljoenen vrijgekomen spermacellen bereikt uiteindelijk de plaats waar bevruchting kan plaatsvinden.
Daarbij spelen verschillende vormen van navigatie een rol. Chemische signalen zijn daar één van, naast onder andere veranderingen in temperatuur, vloeistofstromen en de omgeving van het vrouwelijke voortplantingsstelsel. Een recente overzichtsstudie benadrukt dat deze mechanismen waarschijnlijk niet los van elkaar staan, maar elkaar aanvullen.
De spermacel als zelfstandige onderzoeker
Misschien is dat wel de beste manier om naar een spermacel te kijken. Niet als een bewust wezen, maar als een uiterst gespecialiseerde cel die voortdurend informatie uit zijn omgeving verwerkt.
Een molecuul wordt herkend. Een ionkanaal verandert van activiteit. Calcium stroomt de cel binnen. De beweging van de staart verandert. Een chemisch signaal kan daardoor invloed hebben op de richting of snelheid waarmee de cel beweegt.
Dit alles gebeurt zonder hersenen en zonder zenuwstelsel.
Wat zegt dit over menselijke voortplanting?
De ontdekking van geur-, smaak- en andere receptoren in spermacellen laat vooral zien hoe complex voortplanting op celniveau is. De bevruchting is geen toevallige botsing tussen een spermacel en een eicel. Het is het resultaat van een reeks biologische processen waarin cellen voortdurend reageren op hun omgeving.
Tegelijkertijd is voorzichtigheid belangrijk. Veel spectaculaire beschrijvingen van sperma als cellen die kunnen “zien”, “ruiken” of zelfstandig hun weg naar de eicel vinden, zijn vereenvoudigingen. Sommige mechanismen zijn goed onderzocht, terwijl andere nog niet volledig zijn opgehelderd.
Wat wel duidelijk wordt, is dat een spermacel veel meer doet dan alleen zwemmen. Achter die microscopische staart zit een uitgebreid netwerk van receptoren, ionkanalen en chemische signalen.
En juist daarin schuilt het wonderlijke: een cel van slechts enkele tientallen micrometers groot kan voortdurend informatie uit zijn omgeving verwerken en daarop reageren. Zonder ogen, zonder neus en zonder hersenen – maar met een indrukwekkend arsenaal aan moleculaire sensoren.
