スコット・ピトニックのタトゥーは正確ではありません。 巨大な黒と白の精子が右前腕をねじり、尖らせ、皮膚から出入りするように見えてから、上腕の拳サイズの頭に現れます。 シラキュース大学の生物学者は、かつてガーディアン紙に掲載された著名な科学者の入れ墨のモンタージュに登場した珍しいボディーアートについても留保していません。
ピトニックにとって、彼の複雑なインクは、精子の「信じられないほどユニークな生物学」への深い魅力を反映している。彼らは精巣から女性の生殖管に移動します。
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「他の細胞はそれをしません」と、20年以上精子を研究しているピトニックは言います。 「彼らにはこの自治権があります。」
彼の研究室では、Pitnickはショウジョウバエの精子の頭部を設計して、幽霊のような赤と緑を輝かせて、解剖された雌のハエ生殖管を移動する様子を観察します。 彼は、自分の研究が精子が女性の体内でどのように振る舞うかを明らかにすることを望んでいます。これはまだ比較的初期の研究分野です。 これらの種類の革新は、いつの日か動物界全体の精子の形状と大きさの大きな多様性を説明することができます。 さらに、彼らは最終的に、研究者が人間の不妊治療と、より効果的な男性避妊薬を開発するのを助けることができました。
「精子の機能、精子の機能についてはほとんど何も理解していません」とピトニックは言います。 これらの未知のものへの答えの多くは、精子のパズルの他の半分である女性の体の中に隠れている可能性があります。
これは、17世紀と18世紀に当時の革命的な顕微鏡を使用して精子細胞を最初に見た勇気のある生物学者にとっては失望となるかもしれません。 これらの初期の精子科学者は、最も基本的な質問に答えることを任されていることに気づきました。例えば：精子は生きている動物ですか？ 彼らは寄生虫ですか？ そして、各精子には、内側に丸くなった小さな事前に形成された大人の人間が含まれていますか？ （これについては後で説明します。）
ウサギの精子（図1-4）と犬の精子（図5-8）のレーウェンフックの初期の顕微鏡観察。 （ウィキメディアコモンズ） 最初に精子を詳細に研究した疑わしい名誉を持つ人物は、初期の複合顕微鏡を開発したオランダ人のアントン・ファン・レーウェンフックでした。 Van Leeuwenhoekは、1670年代半ばに、ハチの刺傷者、シラミ、湖の水など、より貞潔な被験者を調査するために最初に新しいツールを使用しました。
同僚は彼にレンズを精液に変えるよう促した。 しかし、彼は精液と性交について書くのが下品になるのではないかと心配したので、彼は行き詰まりました。 最後に、1677年に彼は屈服しました。彼自身の射精を調べると、彼は内部でくねくねしているとわかった小さな「動物」にすぐに衝撃を受けました。
彼の発見を同僚と共有することすらためらうことなく、腕に刺すような彫り師を入れてしまうこともありません。 、私はあなたの領主が私的であるとみなし、あなたの領主がふさわしいと思うようにそれらを公表または破壊することを切に願っています。」
彼の領主（別名王立協会の会長）は、1678年のジャーナルPhilosophical Transactionsにvan Leeuwenhoekの発見を発表することを選択しました。これにより、精子生物学のまったく新しい分野が生まれました。
当時の科学者にとって、これらのぞっとするような微視的なコンマがどれほど神秘的であったかを誇張するのは難しい。 これらの「動物」が発見されるまで、人間がより多くの人間を作ったという理論は広範囲に及んでいた、とカナダのクイーンズ大学で動物の生殖を研究している生物学者のボブ・モンゴメリーは言います。 例えば、男性の射精から放出された蒸気が何らかの方法で女性を刺激して赤ちゃんを作ると信じている人もいれば、男性が実際に赤ちゃんを作り、インキュベーションのために女性に移したと信じている人もいます。
「何が起こっているのかわからないとき、それがどれほど難しいか想像できます」とモンゴメリーは言います。 つまり、精子と卵子を見ることができなかったので、これらの科学者たちは本当に理論を薄い空気から引き抜いただけでした。
17世紀には、多くの研究者は、ニコラースハートソーカーによるこの1695年のスケッチに示されているように、各精子はその中に小さな完全に事前に形成された人間を含んでいると信じていました。 （ウィキメディアコモンズ） ヴァンレーウェンフックが1677年に精子を発見した後でも、科学者が人間の形成に同意するまでに約200年が経過しました。 途中で2つの主要な思考分野が出現しました。一方で、「予備形成主義者」は、各精子またはあなたが尋ねた人に応じて各卵子が、完全に事前に形成された小さな人間を含むと信じていました。 この理論の下では、卵（または精子）は単に発生の発生場所を提供しました。
一方、「エピジェニスト」は、男性と女性の両方が新しい生物を形成するために材料に貢献したと主張しましたが、誰が何を正確に貢献したのかはわかりませんでした。 1700年代中の発見は、雛が臓器を徐々に発達させるという1759年の発見を含む、この議論のより多くの証拠を提供しました。 （モンゴメリーは、本Sperm Biology：An Evolutionary Perspectiveでこれを指摘しており、Pitnickを含む同僚によって編集されました。）
顕微鏡の改良により、19世紀半ばの研究者は、ウニの卵内の胚発生を観察しました。 これらの観察は、前形成の概念を反toし続け、研究者は精子と卵子がどのように協力して新しい生物を作り出すかを尋ね始めることができました。
精子の研究は、他の身体システムにも光を当てています。 1960年代に、研究者は精子の動きの原因であるタンパク質ダイニンを同定しました。 「同じモータータンパク質が、細胞内で進行するあらゆる種類のプロセスに関与していることがわかりました」と、ミシガン州オークランド大学の精子運動性を研究したチャールズ・リンデマン名誉教授は言います。 今日、ダイニンは繊毛や鞭毛のような微細な細胞構造の運動に関与していることがわかっています。繊毛や鞭毛は、多くの身体機能の鍵です。
それでも、不妊治療の研究の初期の進展は遅れがちでした。 当時、精子科学者はもちろんのこと、当時働いていた科学者がほとんどいなかった、とモンゴメリーは言います。 彼は、その時点で精子を研究している人は数十人しかいないと推定しています。 それに比べて、今日約40万人の科学者が癌を研究しています。 「それをしている人が何人かいましたが、おそらく十分ではありません」とモンゴメリーは言います。
ピトニックは、精子を研究した少数の初期の研究者は、生殖能力の方程式における女性の生殖系の役割を十分に理解していなかったかもしれないと付け加えました。 「その一部は、女性が物語の重要な部分ではないと考える生物学の男性バイアスであり、それは精子生物学のこの予備形成の全体の考えにまで遡ります」とピトニックは言います。
より技術的な面では、女性の体内で精子の動きを観察することは、ロジスティック的に非常に困難です。 ピトニックが指摘しているように、女性の生殖器官の中にカメラを入れるのはかなり難しい。
それが彼の輝くミバエ精子の背後にある天才であり、それらをリアルタイムで監視する能力です。 上のビデオは、女性のショウジョウバエの生殖管を取り除いたものを示しています。ピトニックは生理食塩水で無傷のままにしています。 それが生きていたとき、その雌は緑精子の雄と交配し、数日後に赤精子の雄と再交尾しました。 精子の頭だけが蛍光タンパク質でタグ付けされているため、精子の尾は見えません。
この種の技術により、ピトニックはなぜ精子の形と大きさに多様性が存在するのかについての洞察を得ることができます。 たとえば、彼が研究している輝く精子は、巻き戻されたときに最大6センチメートルの長さまで伸びる非常に長い尾を持っています。これはおおよそあなたの小指の長さであり、動物界で最も長いものです。 彼は何十年もハエがこのように進化する理由を理解しようと試み、ついに彼の答えの源として女性の生殖管に注目した。
ピトニックはハエに焦点を合わせていますが、精子はまた、妊娠しようとする人間のカップルを助けようとしている現代の科学者の注目を集めています。 Pitnickの調査結果は、このタスクに不注意で役立つ可能性があります。 「多くの場合、それは特定の男性と女性の互換性の違いであり、彼らは根本的なメカニズムを知りません」と彼は言います。 「精子と雌の相互作用を理解することは、不妊の新しい説明、そしておそらくそれに対する新しい解決策を理解することに明らかに光を当てることができます。」
基礎的な精子の研究は、男性の避妊薬の開発を促進するのにも役立ちます、と国立衛生研究所の避妊研究部門のチーフであるダニエル・ジョンストンは言います。 これまでのところ、研究者はゲルからピルまですべてを試してきましたが、効果的で信頼性の高い男性の避妊はとらえどころのないままです。 ジョンストンは、科学者はまだ最も基本的な質問に直面していると言います：とにかく精子は何ですか？
精子細胞は動物界全体で信じられないほど変化します。 この単一のショウジョウバエ精子細胞は、広げると数センチの長さに達することがあります。 （ロマーノダラ） 「精子を構成するものを本当に理解する必要があります」と、効果的な避妊薬を設計する方法を理解するための重要な最初のステップである精子の完全なタンパク質含有量を説明したJohnstonは言います。 「あなたがそれを理解するとき、あなたは潜在的に私たちが抑制する必要があるものを理解し始めることができます。」
最近、男性避妊薬イニシアチブと呼ばれる民間グループが、1つの革新的な避妊薬研究プロジェクトに資金を提供する競争を開始しました。最終的に男性の経口避妊薬を開発するために使用できるマウスの関連遺伝子。
彼女の現在の研究は、そのような医薬品の適切な用量レベルを決定し、潜在的な副作用を評価するのに役立ちます。 結局のところ、「男性がピルの服用をやめた場合、彼は完全に正常に戻らなければなりません」とゲオルグは言います。
ジョンストンは、NIHでこのタイプの研究をサポートする機会を得たことを喜ばしく思います。これは、男性の避妊薬を前進させることに関心があるだけでなく、25年間のキャリアをゆるめなかった精子の根本的な陰謀からでもあります。 「精子は魅力的です」とジョンストンは言います。「彼らのようなものはありません。」
当然、ピトニックも同意します。 van Leeuwenhoekのような科学者が初期の頃に示した恥ずかしさは、この分野で落ち着いたと彼は言う。 「今日、この種のことについて話している不快なレベルの生物学者が多すぎるとは思わない」とピトニックは言う。 そして彼にとって、個人的には？ 「私はこの生物学が大好きです」と彼は言います。 「聞いてみたいと思う人は誰にでも話します。」
編集者注、2017年6月7日：この記事では、元々、男性避妊薬イニシアチブはNIHの下にあると述べていました。 それは私的な努力です。
