Esperma

El esperma es la célula reproductiva masculina, o gameto, en formas anisógamas de reproducción sexual (formas en las que hay una célula reproductiva femenina más grande y una masculina más pequeña). Los animales producen espermatozoides móviles con una cola conocida como flagelo, que se conocen como espermatozoides, mientras que algunas algas rojas y hongos producen espermatozoides inmóviles, conocidos como espermatia. Las plantas con flores contienen espermatozoides no móviles dentro del polen, mientras que algunas plantas más basales como los helechos y algunas gimnospermas tienen espermatozoides móviles.

Los espermatozoides se forman durante el proceso conocido como espermatogénesis, que en los amniotas (reptiles y mamíferos) tiene lugar en los túbulos seminíferos de los testículos. Este proceso implica la producción de varios precursores sucesivos de células espermáticas, comenzando con espermatogonias, que se diferencian en espermatocitos. Luego, los espermatocitos experimentan meiosis, reduciendo su número de cromosomas a la mitad, lo que produce espermátidas. Luego, las espermátides maduran y, en los animales, construyen una cola, o flagelo, que da lugar a la célula espermática madura y móvil. Todo este proceso ocurre constantemente y toma alrededor de 3 meses de principio a fin.

Los espermatozoides no pueden dividirse y tienen una vida útil limitada, pero después de la fusión con los óvulos durante la fertilización, comienza a desarrollarse un nuevo organismo, comenzando como un cigoto totipotente. El espermatozoide humano es haploide, por lo que sus 23 cromosomas pueden unirse a los 23 cromosomas del óvulo femenino para formar una célula diploide con 46 cromosomas apareados. En los mamíferos, el esperma se almacena en el epidídimo y se libera del pene durante la eyaculación en un líquido conocido como semen.

La palabra esperma se deriva de la palabra griega σπέρμα, sperma, que significa "semilla".

Evolución

En general, se acepta que la isogamia es el antepasado de los espermatozoides y los óvulos. Sin embargo, no existen registros fósiles de la evolución de los espermatozoides y los óvulos a partir de la isogamia, lo que lleva a un fuerte énfasis en los modelos matemáticos para comprender la evolución de los espermatozoides.

Una hipótesis generalizada afirma que los espermatozoides evolucionaron rápidamente, pero no hay evidencia directa de que los espermatozoides evolucionaran a un ritmo rápido o antes que otras características masculinas.

Esperma en animales

Función

La principal función de los espermatozoides es llegar al óvulo y fusionarse con él para generar dos estructuras subcelulares: (i) el pronúcleo masculino que contiene el material genético y (ii) los centriolos que son estructuras que ayudan a organizar el citoesqueleto de microtúbulos.

Anatomía

El espermatozoide de mamífero se puede dividir en 2 partes:

• Cabeza: contiene el núcleo con fibras de cromatina densamente enrolladas, rodeada anteriormente por un saco delgado y aplanado llamado acrosoma, que contiene enzimas utilizadas para penetrar el óvulo femenino. También contiene vacuolas.
• Cola: también llamada flagelo, es la parte más larga y capaz de un movimiento ondulatorio que impulsa a los espermatozoides a nadar y ayuda en la penetración del óvulo. Anteriormente se pensaba que la cola se movía simétricamente en forma helicoidal.

El cuello o pieza de conexión contiene un centriolo típico y un centriolo atípico como el centriolo proximal. La pieza intermedia tiene un núcleo filamentoso central con muchas mitocondrias en espiral a su alrededor, que se utiliza para la producción de ATP para el viaje a través del cuello uterino femenino, el útero y las trompas uterinas.

Durante la fertilización, el esperma proporciona tres partes esenciales al ovocito: (1) un factor de señalización o activación, que hace que el ovocito metabólicamente inactivo se active; (2) el genoma paterno haploide; (3) el centríolo, que es responsable de formar el centrosoma y el sistema de microtúbulos.

Origen

Los espermatozoides de los animales se producen a través de la espermatogénesis dentro de las gónadas masculinas (testículos) a través de la división meiótica. El proceso inicial del espermatozoide tarda alrededor de 70 días en completarse. El proceso comienza con la producción de espermatogonias a partir de precursores de células germinales. Estos se dividen y se diferencian en espermatocitos, que se someten a meiosis para formar espermátides. En la etapa espermátida, el esperma desarrolla la cola familiar. La siguiente etapa en la que madura completamente toma alrededor de 60 días cuando se llama espermatozoide. Los espermatozoides se expulsan del cuerpo masculino en un líquido conocido como semen. Los espermatozoides humanos pueden sobrevivir dentro del aparato reproductor femenino durante más de 5 días después del coito. El semen se produce en las vesículas seminales, la próstata y las glándulas uretrales.

En 2016, los científicos de la Universidad Médica de Nanjing afirmaron que habían producido células que se asemejaban a las espermátidas de ratón a partir de células madre embrionarias de ratón de forma artificial. Inyectaron estas espermátidas en óvulos de ratón y produjeron crías.

Calidad del esperma

La cantidad y la calidad del esperma son los principales parámetros de la calidad del semen, que es una medida de la capacidad del semen para lograr la fertilización. Por lo tanto, en humanos, es una medida de la fertilidad en un hombre. La calidad genética de los espermatozoides, así como su volumen y motilidad, suelen disminuir con la edad.

Los daños en el ADN presentes en los espermatozoides en el período posterior a la meiosis pero antes de la fertilización pueden repararse en el óvulo fertilizado, pero si no se reparan, pueden tener efectos perjudiciales graves sobre la fertilidad y el embrión en desarrollo. Los espermatozoides humanos son particularmente vulnerables al ataque de los radicales libres ya la generación de daño oxidativo en el ADN, como el de la 8-oxo-2'-desoxiguanosina.

La fase posmeiótica de la espermatogénesis del ratón es muy sensible a los agentes genotóxicos ambientales, porque a medida que las células germinales masculinas forman espermatozoides maduros, pierden progresivamente la capacidad de reparar el daño del ADN. La irradiación de ratones machos durante la espermatogénesis tardía puede inducir daños que persisten durante al menos 7 días en los espermatozoides fertilizadores, y la interrupción de las vías de reparación de roturas de doble cadena del ADN materno aumenta las aberraciones cromosómicas derivadas de los espermatozoides. El tratamiento de ratones macho con melfalán, un agente alquilante bifuncional empleado con frecuencia en la quimioterapia, induce lesiones en el ADN durante la meiosis que pueden persistir en un estado no reparado a medida que las células germinales progresan a través de fases competentes para la reparación del ADN del desarrollo espermatogénico.Dichos daños en el ADN no reparados en los espermatozoides, después de la fertilización, pueden dar lugar a descendientes con diversas anomalías.

Tamaño del esperma

Relacionado con la calidad del esperma está el tamaño del esperma, al menos en algunos animales. Por ejemplo, el esperma de algunas especies de mosca de la fruta (Drosophila) mide hasta 5,8 cm de largo, unas 20 veces más largo que la propia mosca. Los espermatozoides más largos son mejores que sus homólogos más cortos para desplazar a los competidores del receptáculo seminal de la hembra. El beneficio para las hembras es que sólo los machos sanos portan genes "buenos" que pueden producir espermatozoides largos en cantidades suficientes para superar a sus competidores.

Mercado de esperma humano

Algunos bancos de esperma contienen hasta 170 litros (37 gal imp; 45 gal EE.UU.) de esperma.

Además de la eyaculación, es posible extraer espermatozoides mediante la extracción de espermatozoides testiculares.

En el mercado global, Dinamarca tiene un sistema bien desarrollado de exportación de esperma humano. Este éxito proviene principalmente de la reputación de los donantes de esperma daneses por ser de alta calidad y, en contraste con la ley en los otros países nórdicos, les da a los donantes la opción de ser anónimos o no anónimos para la pareja receptora. Además, los donantes de esperma nórdicos tienden a ser altos y con un alto nivel educativo y tienen motivos altruistas para sus donaciones, en parte debido a la compensación monetaria relativamente baja en los países nórdicos. Más de 50 países en todo el mundo son importadores de esperma danés, incluidos Paraguay, Canadá, Kenia y Hong Kong.Sin embargo, la Administración de Drogas y Alimentos (FDA) de EE. UU. ha prohibido la importación de cualquier esperma, motivada por un riesgo de transmisión de la enfermedad de Creutzfeldt-Jakob, aunque dicho riesgo es insignificante, ya que la inseminación artificial es muy diferente a la vía de transmisión. de la enfermedad de Creutzfeldt-Jakob. La prevalencia de la enfermedad de Creutzfeldt-Jakob para los donantes es como máximo de uno en un millón, y si el donante fuera portador, las proteínas infecciosas aún tendrían que cruzar la barrera hematotesticular para hacer posible la transmisión.

Historia

Los espermatozoides fueron observados por primera vez en 1677 por Antonie van Leeuwenhoek usando un microscopio. Los describió como animálculos (pequeños animales), probablemente debido a su creencia en el preformacionismo, que pensaba que cada espermatozoide contenía un humano pequeño pero completamente formado.

Análisis forense

Los fluidos eyaculados se detectan mediante luz ultravioleta, independientemente de la estructura o el color de la superficie. Las cabezas de esperma, por ejemplo, de hisopos vaginales, todavía se detectan mediante microscopía utilizando el método de "tinción del árbol de Navidad", es decir, tinción Kernechtrot-Picroindigocarmine (KPIC).

Esperma en las plantas

Los espermatozoides en gametofitos de algas y muchas plantas se producen en gametangios masculinos (anteridios) a través de la división mitótica. En las plantas con flores, los núcleos de esperma se producen dentro del polen.

Espermatozoides móviles

Los espermatozoides móviles generalmente se mueven a través de flagelos y requieren un medio de agua para nadar hacia el óvulo para la fertilización. En los animales, la mayor parte de la energía para la motilidad de los espermatozoides se deriva del metabolismo de la fructosa transportada en el líquido seminal. Esto tiene lugar en las mitocondrias ubicadas en la pieza intermedia del espermatozoide (en la base de la cabeza del espermatozoide). Estas células no pueden nadar hacia atrás debido a la naturaleza de su propulsión. Los espermatozoides no flagelados (con un flagelo) de los animales se denominan espermatozoides y se sabe que varían en tamaño.

Los espermatozoides móviles también son producidos por muchos protistas y los gametofitos de briófitos, helechos y algunas gimnospermas como las cícadas y el ginkgo. Los espermatozoides son las únicas células flageladas en el ciclo de vida de estas plantas. En muchos helechos y licofitas, cícadas y ginkgo son multiflagelados (portan más de un flagelo).

En los nematodos, los espermatozoides son ameboides y se arrastran, en lugar de nadar, hacia el óvulo.

Espermatozoides no móviles

Los espermatozoides no móviles llamados espermatia carecen de flagelos y, por lo tanto, no pueden nadar. Los espermatozoides se producen en un espermatozoides.

Debido a que los espermatozoides no pueden nadar, dependen de su entorno para llevarlos al óvulo. Algunas algas rojas, como la Polysiphonia, producen espermatias inmóviles que son dispersadas por las corrientes de agua después de su liberación. Los espermatozoides de los hongos de la roya están cubiertos con una sustancia pegajosa. Se producen en estructuras en forma de matraz que contienen néctar, que atraen moscas que transfieren el esperma a las hifas cercanas para la fertilización en un mecanismo similar a la polinización de insectos en las plantas con flores.

Los espermatozoides fúngicos (también llamados picniosporas, especialmente en los Uredinales) pueden confundirse con conidios. Los conidios son esporas que germinan independientemente de la fertilización, mientras que los espermatozoides son gametos necesarios para la fertilización. En algunos hongos, como Neurospora crassa, los espermatozoides son idénticos a los microconidios, ya que pueden realizar tanto funciones de fertilización como dar lugar a nuevos organismos sin fertilización.

Núcleos espermáticos

En casi todos los embriofitos, incluida la mayoría de las gimnospermas y todas las angiospermas, los gametofitos masculinos (granos de polen) son el modo principal de dispersión, por ejemplo, a través del viento o la polinización por insectos, lo que elimina la necesidad de agua para cerrar la brecha entre macho y hembra. Cada grano de polen contiene una célula espermatógena (generativa). Una vez que el polen cae sobre el estigma de una flor receptiva, germina y comienza a desarrollar un tubo polínico a través del carpelo. Antes de que la trompa llegue al óvulo, el núcleo de la célula generativa en el grano de polen se divide y da lugar a dos núcleos espermáticos, que luego se descargan a través de la trompa hacia el óvulo para la fertilización.

En algunos protistas, la fertilización también involucra núcleos espermáticos, en lugar de células, que migran hacia el óvulo a través de un tubo de fertilización. Los oomicetos forman núcleos espermáticos en un anteridio sincítico que rodea a los óvulos. Los núcleos espermáticos llegan a los óvulos a través de tubos de fertilización, similar al mecanismo del tubo polínico en las plantas.

Centríolos de esperma

La mayoría de los espermatozoides tienen centriolos en el cuello del espermatozoide. El esperma de muchos animales tiene dos centriolos típicos, conocidos como centriolo proximal y centriolo distal. Algunos animales (incluidos los humanos y los bovinos) tienen un solo centriolo típico, el centriolo proximal, así como un segundo centriolo con estructura atípica. Los ratones y las ratas no tienen centriolos espermáticos reconocibles. La mosca de la fruta Drosophila melanogaster tiene un solo centriolo y un centriolo atípico llamado centriolo proximal.

Formación de cola de esperma

La cola del espermatozoide es un tipo especializado de cilio (también conocido como flagelo). En muchos animales, la cola del espermatozoide se forma a través del proceso único de ciliogénesis citosólica, en el que todo o parte del axonema de la cola del espermatozoide se forma en el citoplasma o queda expuesto al citoplasma.