Le tatouage de Scott Pitnick n'est pas vraiment subtil. Le sperme noir et blanc massif se tord et monte sur son avant-bras droit, semblant se faufiler dans sa peau avant de ressortir dans une tête de la taille d'un poing sur son biceps. Le biologiste de l’Université de Syracuse n’est pas non plus réservé à propos de son art corporel inhabituel, qui a déjà paru dans un montage de tatouages de scientifiques remarquables publié dans The Guardian .
Pour Pitnick, son encre complexe reflète sa profonde fascination pour la «biologie incroyablement unique» des spermatozoïdes. Pensez, dit-il, que les spermatozoïdes sont les seules cellules du corps destinées à être rejetées dans un environnement étranger - un exploit qui nécessite des changements physiques spectaculaires ils voyagent des testicules dans l'appareil reproducteur de la femme.
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«Aucune autre cellule ne fait cela», déclare Pitnick, qui étudie le sperme depuis plus de 20 ans. "Ils ont cette autonomie."
Dans son laboratoire, Pitnick conçoit les têtes de spermatozoïdes pour qu'elles brillent d'un rouge et d'un vert fantomatiques afin de pouvoir les observer se déplaçant dans les voies génitales disséquées de la femelle. Il espère que son travail aidera à révéler le comportement du sperme dans le corps de la femme, un domaine de recherche qui en est encore à ses balbutiements. Ce type d'innovations pourrait un jour expliquer la grande diversité de formes et de tailles de spermatozoïdes dans le règne animal. En outre, ils pourraient en fin de compte aider les chercheurs à développer des traitements contre l'infertilité humaine, ainsi que des contraceptifs masculins plus efficaces.
«Nous ne comprenons presque rien sur la fonction des spermatozoïdes, sur ce que font les spermatozoïdes», déclare Pitnick. Beaucoup de réponses à ces inconnues se cachent probablement dans l'autre moitié du puzzle du sperme: les corps féminins.
Cela pourrait être une déception pour les biologistes courageux qui ont d'abord examiné les spermatozoïdes dans toute leur splendeur aux 17e et 18e siècles, en utilisant le microscope alors révolutionnaire. Ces premiers scientifiques spécialistes du sperme ont eu pour tâche de répondre aux questions les plus fondamentales, par exemple: le sperme est-il un animal vivant? Sont-ils des parasites? Et chaque spermatozoïde contient-il un minuscule humain adulte préformé enroulé à l'intérieur? (Nous y reviendrons plus tard.)
Les premières observations microscopiques de Leeuwenhoek sur les spermatozoïdes de lapin (figs. 1 à 4) et le sperme de chien (figs. 5-8). (Wikimedia Commons) Anton van Leeuwenhoek, un Hollandais qui a mis au point le premier microscope composé, a été l’honneur douteux d’être le premier à étudier le sperme en détail. Au milieu des années 1670, Van Leeuwenhoek utilisa pour la première fois son nouvel outil pour examiner des sujets plus chastes tels que les piqueurs d’abeilles, les poux humains et l’eau de lac.
Ses collègues l'ont exhorté à transformer son objectif en sperme. Mais il craignait qu'il soit indécent d'écrire sur le sperme et les rapports sexuels, et il a donc stagné. Finalement, en 1677, il céda. En examinant son propre éjaculat, il fut immédiatement frappé par les minuscules «animalcules» qu'il trouva en train de se tortiller à l'intérieur.
Hésitant même à partager ses découvertes avec des collègues - et encore moins de se faire tatouer un agile - van Leeuwenhoek écrivit avec hésitation à la Royal Society de Londres au sujet de sa découverte en 1677. Je demande instamment à Votre Seigneurie de les considérer comme des documents privés et de les publier ou de les détruire à votre convenance . "
Sa seigneurie (alias le président de la Royal Society) décida de publier les découvertes de van Leeuwenhoek dans la revue Philosophical Transactions de 1678 - renonçant ainsi au tout nouveau domaine de la biologie du sperme.
Il est difficile d'exagérer à quel point ces virgules microscopiques sinueuses et mystérieuses seraient apparues aux scientifiques à l'époque. Avant la découverte de ces «animalcules», les théories sur la façon dont les humains fabriquaient davantage d'humains variaient considérablement, explique Bob Montgomerie, biologiste qui étudie la reproduction animale à l'Université Queen's au Canada. Par exemple, certains pensaient que les vapeurs émises par les hommes éjaculaient d'une manière ou d'une autre incitaient les femmes à faire des bébés, tandis que d'autres croyaient que les hommes faisaient réellement des bébés et les transféraient aux femmes pour les incuber.
«Vous pouvez imaginer à quel point il est difficile de ne rien savoir de ce qui se passe», déclare Montgomerie. C'est-à-dire: sans pouvoir voir le sperme et les ovules, ces scientifiques étaient en train de tirer des théories du ciel.
Au 17ème siècle, de nombreux chercheurs pensaient que chaque spermatozoïde contenait un humain minuscule, complètement préformé, comme l'illustre ce croquis de 1695 de Nicolaas Hartsoeker. (Wikimedia Commons) Même après la découverte du sperme par van Leeuwenhoek en 1677, environ 200 ans s'écoulèrent avant que les scientifiques se soient mis d'accord sur la formation des humains. Deux domaines principaux de pensée ont émergé en cours de route: D'une part, les «préformistes» croyaient que chaque spermatozoïde - ou chaque oeuf, selon la personne que vous demandez, contenait un humain minuscule, complètement préformé. Selon cette théorie, l'œuf ou le sperme fournissait simplement un lieu propice au développement.
D’un autre côté, les «épigénésistes» ont affirmé que les hommes et les femmes apportaient leur contribution à la formation d’un nouvel organisme, sans toutefois savoir avec certitude qui contribuait à quoi. Les découvertes effectuées au cours des années 1700 ont fourni plus de preuves à l'appui de cet argument, y compris la découverte en 1759 que les poussins développent progressivement leurs organes. (Montgomerie le note dans le livre Sperm Biology: An Evolutionary Perspective, qui a été édité par des collègues, dont Pitnick.)
Avec des améliorations au microscope, des chercheurs du milieu du XIXe siècle ont observé un développement embryonnaire parmi les œufs d'oursins, qui sont facilement transparents. Ces observations ont continué à réfuter le concept de préformation et ont permis aux chercheurs de commencer à demander comment le sperme et l'ovule travaillent ensemble pour créer de nouveaux organismes.
La recherche sur les spermatozoïdes a également mis en lumière d'autres systèmes du corps. Dans les années 1960, les chercheurs ont identifié la dynéine, une protéine responsable du mouvement des spermatozoïdes. "Il s'avère que la même protéine motrice est responsable de toutes sortes de processus qui se déroulent dans les cellules", explique Charles Lindemann, professeur émérite de l'Université d'Oakland dans le Michigan, qui a étudié la motilité du sperme. Nous savons aujourd'hui que la dynéine est impliquée dans le mouvement des structures cellulaires microscopiques telles que les cils et les flagelles, qui jouent un rôle clé dans de nombreuses fonctions corporelles.
Néanmoins, les premiers progrès dans la recherche sur la fertilité ont été lents à décoller. Il n'y avait tout simplement pas beaucoup de scientifiques travaillant à l'époque, sans parler des scientifiques spécialistes du sperme, dit Montgomerie. Il estime qu'il n'y avait que plusieurs dizaines de personnes à la recherche de sperme à ce moment-là; À titre de comparaison, environ 400 000 scientifiques étudient actuellement le cancer. «Il y avait des gens qui le faisaient, mais peut-être pas assez», dit Montgomerie.
Pitnick ajoute que les quelques premiers chercheurs qui ont étudié le sperme n’ont peut-être pas pleinement compris le rôle du système de reproduction féminin dans l’équation de la fécondité - un oubli qui pourrait expliquer pourquoi ce domaine est encore si mystérieux aujourd’hui. "Une partie de cela est un biais masculin en biologie de penser que la femme n'est pas une partie importante de l'histoire, et cela remonte très loin dans la biologie du sperme à cette idée de préformation", dit Pitnick.
Sur un plan plus technique, observer le mouvement des spermatozoïdes chez la femme est un défi logistique très difficile. Comme Pitnick le fait remarquer, il est assez difficile de placer une caméra dans un appareil reproducteur féminin.
C'est le génie derrière son sperme de mouche des fruits rougeoyant et la capacité de les contrôler en temps réel. La vidéo ci-dessus montre le tractus génital d'une mouche des fruits, que Pitnick a conservé intact dans une solution saline. Quand elle vivait, cette femme a été accouplée à un mâle de sperme vert, puis quelques jours plus tard, elle a été accouplée avec un homme de sperme rouge. Seules les têtes du sperme sont marquées avec la protéine fluorescente, de sorte que les queues du sperme ne peuvent pas être vues.
Grâce à ce type de technologie, Pitnick peut comprendre pourquoi il existe une telle diversité dans la forme et la taille du sperme. Par exemple, le sperme rougeoyant qu'il étudie a des méga-longues queues atteignant jusqu'à 6 centimètres de longueur une fois déroulées - à peu près la longueur de votre petit doigt, et la plus longue connue dans le règne animal. Il a passé des décennies à essayer de comprendre pourquoi une mouche évoluerait de cette façon et a finalement choisi l'appareil génital féminin comme source de réponse.
Bien que Pitnick se concentre sur les mouches, les spermatozoïdes ont également attiré l’attention des scientifiques modernes qui tentent d’aider les couples humains essayant de concevoir. Les conclusions de Pitnick pourraient aider par inadvertance à cette tâche. "Dans de nombreux cas, il s'agit d'une différence de compatibilité entre un homme et une femme spécifiques, et ils ne connaissent pas le mécanisme sous-jacent", dit-il. "Comprendre les interactions sperme-femme peut certainement éclairer la compréhension de nouvelles explications de l'infertilité, et éventuellement de nouvelles solutions."
La recherche de base sur le sperme contribuera également à accélérer les progrès en matière de développement de contraceptifs masculins, a déclaré Daniel Johnston, chef du service de recherche sur la contraception au National Institutes of Health. Jusqu'à présent, les chercheurs ont tout essayé, des gels aux pilules, mais un contraceptif masculin efficace et fiable reste insaisissable. Johnston dit que les scientifiques sont toujours confrontés aux questions les plus élémentaires: qu'est - ce que le sperme?
Les spermatozoïdes varient incroyablement dans le règne animal. Ce spermatozoïde peut atteindre plusieurs centimètres de long lorsqu'il est déployé. (Romano Dalla) «Nous devons vraiment comprendre ce qui constitue un sperme», a déclaré Johnston, qui a travaillé à décrire tout le contenu protéique du sperme - une première étape importante pour comprendre comment concevoir des contraceptifs efficaces. "Quand vous comprendrez cela, vous pourrez potentiellement commencer à comprendre ce que nous devons inhiber."
Récemment, un groupe privé appelé «Male Contraceptive Initiative» a lancé un concours qui financera un projet de recherche novateur sur la contraception *. Gunda Georg, chimiste spécialisée en médecine à l'Université du Minnesota, a réussi le premier tour du concours pour ses recherches sur l'infertilité. gènes associés à des souris qui pourraient être utilisés pour développer une pilule contraceptive masculine.
Ses recherches actuelles aident à déterminer les niveaux de dosage appropriés pour ces produits pharmaceutiques et à évaluer les effets secondaires potentiels. Après tout, «si un homme cesse de prendre la pilule, il doit complètement revenir à la normale», déclare Georg.
Johnston est heureux d'avoir l'occasion de soutenir ce type de recherche aux NIH, à la fois par intérêt à faire progresser les contraceptifs masculins, mais également par une intrigue fondamentale dans le sperme qui n'a pas faibli au cours de ses 25 ans de carrière. "Les spermatozoïdes sont fascinants", dit Johnston. "Il n'y a rien comme eux."
Pitnick, naturellement, accepte. La pudeur dont les scientifiques comme van Leeuwenhoek ont fait preuve au tout début, a-t-il déclaré, s'est estompée sur le terrain. «Je ne pense pas qu'il y ait aujourd'hui trop de biologistes qui ont un malaise quelconque à parler de ce genre de choses», déclare Pitnick. Et pour lui personnellement? «J'aime cette biologie», dit-il. "Je vais en parler à tous ceux qui sont disposés à écouter."
Note du rédacteur en chef, 7 juin 2017: Cet article indiquait à l'origine que l'initiative de contraception masculine était hébergée par le NIH; c'est une entreprise privée.
