Khám phá mới về hoạt động của tinh trùng, phá bỏ quan niệm sai lầm kéo dài suốt 300 năm

Nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng tinh trùng của con người di chuyển giống như con cá đuối hơn là con lươn, một khám phá đáng chú ý được so sánh với quỹ đạo của Trái Đất và Sao Hỏa quanh Mặt Trời trong lĩnh vực vật lý.

Trong hơn 300 năm, hầu hết các nhà khoa học đã tin rằng tinh trùng 'bơi' bằng cách vặn đuôi như con lươn để tự đẩy mình về phía trước. Nhưng một báo cáo mới trên tạp chí Science Advances đã phủ nhận điều này, chỉ ra rằng điều này là một hiểu lầm quang học, phát sinh từ việc quan sát sinh vật trong môi trường hai chiều của kính hiển vi. Quan sát mới với kính hiển vi 3D đã tiết lộ rằng tinh trùng thực sự xoay khi bơi, giống như cá đuối, tự làm mình tiến về phía trước.

'Hiểu được cơ chế hoạt động của đuôi tinh trùng sẽ giúp phát triển các công cụ chẩn đoán trong tương lai, giúp xác định tinh trùng không khỏe mạnh hơn', Hermes Gadelha, một tác giả của báo cáo, đã chia sẻ.

Antonie van Leeuwenhoek, một thợ làm kính người Hà Lan thế kỷ 17, được biết đến là người đầu tiên quan sát trực tiếp tinh trùng. Ông đã chế tạo kính hiển vi và phát triển các phương pháp sản xuất đầy sáng tạo nhằm cải thiện khả năng quan sát của kính hiển vi. Mặc dù chỉ có một số ít kính hiển vi của ông còn tồn tại, nhưng chúng có khả năng phóng đại vật thể nhỏ lên đến 275 lần. Theo các nhà sử học, một số dụng cụ của ông có thể đạt độ phóng đại lên đến 500 lần.

Van Leeuwenhoek đã nghiên cứu rất nhiều chất dưới kính hiển vi của mình, từ nước hồ, máu, sữa, nướt bọt cho đến nước mắt, thậm chí cả mảng bám trên răng của mình. Ông đã bị sốc khi phát hiện ra các sinh vật sống nhỏ dưới kính hiển vi của mình, mà ông gọi là 'animalcules', và ông được coi là cha đẻ của vi sinh vật.

Sau khi quan sát các chất lỏng trên, Van Leeuwenhoek đã chuyển sự chú ý sang nghiên cứu tinh dịch, mặc dù ban đầu ông không muốn làm vì lo sợ không được công nhận. Tuy nhiên, vào năm 1677, ông đã quyết định thử. Sử dụng mẫu tinh trùng của mình, ông đã phát hiện ra nhiều 'animalcules' trong mẫu thử. Ông mô tả những sinh vật nhỏ này trong một thư gửi Hội Hoàng gia, mô tả chúng như 'đầu tù, đuôi dài, tự đẩy mình về phía trước bằng cách vẫy đuôi, giống như con lươn đang bơi trong nước.'

Ông tiếp tục quan sát tinh trùng trong các mẫu tinh dịch từ các loài động vật khác nhau như thỏ và chó. Nhưng việc quan sát của ông đã gặp trở ngại với quang học. Gadelha và đồng nghiệp đã quay lại quá trình bơi của tinh trùng bằng camera tốc độ cao, chụp hơn 55.000 khung hình mỗi giây, tạo ra hình ảnh 3D về chuyển động của đuôi tinh trùng. Họ nhận thấy rằng đuôi tinh trùng chỉ vặn vẹo ở một bên, khiến chúng bơi thành vòng tròn. Do đó, tinh trùng đã thích nghi để điều chỉnh, vặn mình khi bơi.

'Phát hiện của chúng tôi chỉ ra rằng tinh trùng đã phát triển kỹ thuật bơi để bù đắp cho sự lùi bước về hình thể của chúng, giải quyết một vấn đề toán học ở quy mô vi mô: tạo ra đối xứng từ sự bất đối xứng', Gadelha nói. 'Tuy nhiên, việc quay vòng như con cá của tinh trùng rất phức tạp: đầu tinh trùng quay theo chiều với đuôi, tạo ra một quỹ đạo quay tương tự như Trái đất và Sao Hỏa quanh Mặt Trời trong vật lý.'

Theo các nhà khoa học, điều này rất quan trọng dựa trên động lực học chất lỏng liên quan đến sự di chuyển của vi sinh vật trong môi trường này. Những sinh vật này sống trong môi trường có chỉ số Reynolds thấp, biểu thị mức độ tương quan giữa ảnh hưởng của lực quán tính và lực ma sát trong chảy (độ nhớt).

Trong năm 1977, nhà vật lý Edward Purcell đã tính toán và chỉ ra rằng các loài động vật khác nhau sẽ bơi ở các chỉ số Reynolds khác nhau. Ví dụ, con số này sẽ rất cao đối với một con cá voi, nhưng lại rất thấp đối với vi khuẩn. Do đó, lươn và tinh trùng (hoặc vi khuẩn) sẽ áp dụng các chiến lược bơi khác nhau do sự cần thiết cho việc sinh tồn và đối phó với các chỉ số Reynolds khác nhau.

Trong lĩnh vực sinh sản, các phòng khám vẫn sử dụng quan điểm 2D khi đánh giá sự di chuyển của tinh trùng. Nghiên cứu mới này cung cấp hiểu biết sâu hơn về cách đuôi tinh trùng di chuyển, có thể dẫn đến các công cụ chẩn đoán hiệu quả hơn.

'Phát hiện này sẽ cách mạng hóa sự hiểu biết về khả năng di chuyển của tinh trùng và tác động của nó đối với quá trình thụ tinh tự nhiên', tác giả Alberto Darszon từ Đại học Nacional Autonoma de Mexico nói. 'Ít thông tin được biết đến về môi trường bên trong cơ thể phụ nữ và cách tinh trùng di chuyển vào quá trình thụ tinh. Các công cụ mới sẽ giúp chúng ta hiểu rõ hơn về khả năng tuyệt vời của tinh trùng.'

Tham khảo arstechnica.