인간의 정자는 나팔관에 도달하여 난자와 수정됩니다. 일반적으로 말하자면, 그들은15cm~18cm 정도의 거리를 이동해야 합니다.정자는 동물에서 가장 작은 세포 중 하나라는 점을 고려하면 -인간 정자의 첨체부터 끝까지의 길이는 약 50 마이크론에 불과합니다., 15cm 이상 움직이는 것은 쉬운 일이 아닙니다.
실제로 정자의 거리가 매우 멀 뿐만 아니라 15cm 여행에는 다양한 "부비 트랩"도 있습니다. 왜냐하면 정자는 여성에게 이물질이고 자연적으로 이에 대해 방어되기 때문입니다.
여기에는 정자를 가두는 자궁 경부 점액, 정자를 삼키는 백혈구 등이 포함됩니다. 매번 수억 개의 정자가 동시에 출발할 때 실제로 목적지에 도달할 수 있는 정자는 약 200개, 즉 난자와 접촉합니다.
콰판/Flickr
흥미로운 질문은 정자가 어떻게 움직이는가 하는 것입니다. 계속해서 앞으로 나아갈 수 있는 에너지는 어떻게 얻나요?
정자의 "유영"에 관한 매우 흥미로운 이야기가 있으므로 별도로 언급해야합니다. 이것은 300년 넘게 과학자들을 속였습니다.
정자가 300년 넘게 과학자들을 속인 방법
1677년 광학현미경의 아버지라 불리는 네덜란드 과학자 레이우엔훅(Leeuwenhoek)이 현미경을 개량한 후, 그는 이 현미경을 통해 자신의 정자를 주의 깊게 관찰했습니다. 인간이 정자를 본 것은 이번이 처음이었습니다.
사진: 레이우엔훅
Leeuwenhoek의 설명에 따르면 그는 엄청난 수의 "미생물"을 보았습니다. 이 "생물들" 각각은 부은 머리와 길고 거의 투명한 꼬리를 가지고 있었습니다. 그들은 에너지로 가득 차서 뱀처럼 꿈틀거리고, 물 속의 장어처럼 꿈틀거렸습니다.
당시 사람들은 이것이 인간의 생식세포라고 생각하지 않았습니다. 사실은,Leeuwenhoek은 그들이 일종의 기생 동물이라고 믿었고(아마 그는 자신의 동물을 처음 보았을 때 겁을 먹었을 것입니다), 이 "생물"을 설명하기 위해 특별히 "정자"(현재는 정자 동물로 번역됨)라는 용어를 만들었습니다.
사진: 당시 사람들은 정자의 첨체에 작은 사람이 살고 있다고 생각했습니다.
정자가 발견된 후 오랜 시간 동안 사람들은 실제로 이 세포가 어떤 용도로 사용되는지 알지 못했습니다.
1695년, 역시 네덜란드인인 니콜라스 하트삭(Nicholas Hartsock)은 정자를 관찰한 후 즉시 "신의 비밀"을 이해했다고 느꼈습니다. 그는 처음으로 정자의 역할을 정의했는데, 정자 안에는 작은 사람들이 살고 있고, 이 작은 사람들은 여성의 뱃속에서 더 큰 사람들로 발전했다고 믿었습니다. 이것이 다산의 전부입니다.
그런데 당황스러운 점은 이 남자는 왜 그렇게 많은 사람이 들어갔는데 결국 한두 명만 나왔는지 설명할 수 없다는 것입니다.
사람들은 1827년까지 포유류 번식의 비밀을 이해하지 못했습니다. 그해 과학자들이 알을 발견했기 때문입니다(알의 수가 매우 제한되어 있기 때문에 찾기가 어려웠습니다). 1876년이 되어서야 과학자들은 정자와 난자의 융합을 마침내 관찰했고, 포유류 생식의 비밀도 마침내 밝혀졌습니다.
Leeuwenhoek의 정자 발견으로 돌아가 보겠습니다. 비록 그는 이 "생물"이 무엇을 위한 것인지는 몰랐지만, 현미경으로 생물을 묘사하는 데는 확실히 능숙했습니다.
카메라 이전 시대에 레이엔훅은 손으로 정자의 초상화를 그렸는데(위 사진), 정자가 어떻게 움직이는지, 올챙이나 물고기처럼 꼬리를 좌우로 튕겨서 앞으로 나아가는 모습을 처음으로 이미지와 단어로 동시에 묘사했다.
이런 형태로 움직이는 정자(꼬리 흔들기)는 아마도 우리 모두의 고정관념에 맞을 것입니다. 왜냐하면 이것이 일반적으로 우리가 접하게 되는 대부분의 대중 과학 서적에서 묘사되는 방식이기 때문입니다.
최근(2020년)까지 멕시코 국립자치대학교의 연구자들은 다음과 같은 사실을 발견했습니다.정자는 이렇게 꼬리를 휘두른다고 해서 "수영"하는 것이 아니라는 것이 밝혀졌습니다. 실제로는 회전하는 구멍 형태로 움직입니다.
멕시코국립자치대학교 연구진은 초당 55,000프레임 이상을 기록할 수 있는 압전소자와 고속 카메라를 갖춘 3D 현미경을 이용해 자유롭게 헤엄치는 정자를 3D 스캔한 후 정자의 움직임을 수학적으로 구성했다(아래 그림 참조)[1]
이 연구는 2020년 7월 31일 Science Advances 저널에 게재되었습니다. 연구원 Gadêlha는 인터뷰에서 다음과 같이 말했습니다. 정자는 전혀 헤엄치지 않고 계속해서 액체 속으로 뚫고 들어갑니다.
사실, 이로 인해빠르고 고도로 동기화된 정자의 회전 - 초당 20회 회전, 2차원 현미경으로 관찰하는 것은 그들의 움직임을 정확하게 이해할 수 없습니다. 왼쪽과 오른쪽의 흔들림만 볼 수 있으며 현대 연구는 일반적으로 2차원 현미경을 사용하므로 정자는 300년 넘게 과학자들을 이렇게 속였습니다.
정자는 왜 회전합니까?
정자는 고도로 특화된 세포입니다. 즉, 엄청난 진화 압력을 받고 있으며 모든 특성은 수정을 완료하는 단일 목적을 가지고 있습니다.
좌우로 흔들리는 수영 자세는 수영하기 쉬운 일부 액체에서 추진하기에 적합하며, 정자가 수정을 완료하기 위해 직면해야 하는 환경은 매우 복잡합니다.
같은 여정에서 그들은 모두 다양한 환경에 직면해야 하며 때로는 끈적끈적해 전혀 추진할 수 없고 때로는 윤활유가 바르고 때로는 단순히 건조하기 때문에 흔들리는 추진보다 팽이처럼 회전하는 것이 훨씬 좋습니다.
또한, 본 연구에서는 인간 정자의 꼬리가 실제로는 불균형하여 한쪽으로만 흔들리고 있다는 사실도 밝혀냈는데, 이는 일방적인 스윙으로 인해 원을 그리며 회전해야 함을 의미한다.
하지만정자가 적응을 찾았습니다. 헤엄칠 때 구르며, 첨체도 꼬리 회전 방향으로 회전합니다. 이렇게 하면 일방적인 스윙으로 인한 비대칭을 상쇄할 수 있습니다.
2019년 연구를 검토한 결과 포유류 정자의 첨체는 나사처럼 나선형 모양을 하고 있으며[2] 정자의 움직임과 정확히 일치하는 것으로 나타났습니다.
그래서 또 다른 질문이 있습니다. 정자는 너무 작아서 구멍을 뚫어야 하는데 그 에너지는 어디서 나오는 걸까요?
사실, 이것은 또한 정자의 고도로 전문화된 특성의 일부입니다.
세포 활동에 필요한 에너지는 주로 세포의 에너지 공장이라 불리는 미토콘드리아에서 나온다는 사실을 우리는 알고 있습니다. 정자는 크기는 작지만 정자에게 에너지를 공급하는 작은 배터리와 같은 미토콘드리아를 많이 갖고 있다.
이 미토콘드리아는 정자의 중간 부분에 집중되어 있는데, 공간을 최대한 활용하기 위해 과학자들은 이 미토콘드리아가 나선형 모양이라는 것을 발견했습니다.
이러한 미토콘드리아에 "연료"를 제공하는 것은 활동 부위입니다. 그곳에서만 5일 이상 생존할 수 있는 기회가 있는 반면, 다른 환경에서는 정자가 빠르게 비활성화됩니다.
마지막으로, 정자에 관해 널리 퍼져 있는 오해에 대해 이야기해 보겠습니다.
우리 중 많은 사람들은 가장 빠른 정자만이 수정을 완료할 기회를 갖는다는 말을 들어왔습니다. 따라서 우리 각자는 태어날 때부터 수억 번의 경쟁에서 한 번은 우승한 적이 있습니다.
하지만 실제로는 그렇지 않습니다.가장 빠르게 달리는(또는 드릴링하는) 정자는 난자를 먼저 만나고 최종 선택은 난자에게 있다는 것이 점점 더 많은 증거에 의해 밝혀졌습니다. 그들은 경주를 완료하는 수백 또는 수천 개의 정자 중에서 하나를 선택합니다[3].
참조:
[1].https://doi.org/10.1126/sciadv.aba5168
[2].https://doi.org/10.1098/rstb.2019.0149
[3].https://www.news-medical.net/news/20200611/The-egg-decides-which-sperm-fertilizes-it.aspx