शुक्राणु विज्ञान की लंबी, घुमावदार कथा

स्कॉट पिटनिक का टैटू बिल्कुल सूक्ष्म नहीं है। बड़े पैमाने पर काले और सफेद शुक्राणु अपने दाहिने अग्र-भाग को मोड़ते हैं और अपनी छाती पर एक मुट्ठी के आकार के सिर में उभरने से पहले अपनी त्वचा को अंदर और बाहर फेंकते हुए दिखाई देते हैं। न ही सिरैक्यूज़ विश्वविद्यालय के जीवविज्ञानी ने अपनी असामान्य शरीर कला के बारे में आरक्षित किया है, जो एक बार द गार्जियन में प्रकाशित उल्लेखनीय वैज्ञानिक टैटू के एक असेंबल में दिखाई दिया था।

पिटनीक के लिए, उनकी जटिल स्याही शुक्राणु के "अविश्वसनीय रूप से अद्वितीय जीव विज्ञान" में उनके गहरे आकर्षण को दर्शाती है। विचार करें, वे कहते हैं, कि शुक्राणु शरीर की एकमात्र कोशिकाएं हैं जिन्हें विदेशी वातावरण में ढाला जाना चाहिए- एक उपलब्धि जिसमें नाटकीय शारीरिक परिवर्तनों की आवश्यकता होती है। वे वृषण से एक महिला के प्रजनन पथ में यात्रा करते हैं।

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"कोई अन्य कोशिकाएं ऐसा नहीं करती हैं, " पिटनिक कहते हैं, जो 20 से अधिक वर्षों से शुक्राणु का अध्ययन कर रहे हैं। "उनके पास यह स्वायत्तता है।"

अपनी लैब में, पिटनिक इंजीनियर फलों के सिर एक भूतिया लाल और हरे रंग को चमकाने के लिए शुक्राणु को उड़ते हैं ताकि वह उन्हें विच्छेदित मादा मक्खी प्रजनन पथ के माध्यम से घूमते हुए देख सकें। उन्हें उम्मीद है कि उनके काम से पता चलेगा कि शुक्राणु महिला निकायों के भीतर कैसे व्यवहार करते हैं, अनुसंधान का एक क्षेत्र जो अभी भी अपने रिश्तेदार शैशवावस्था में है। इस प्रकार के नवाचार एक दिन पशु साम्राज्य में शुक्राणु के आकार और आकार की महान विविधता की व्याख्या कर सकते हैं। इसके अलावा, वे अंततः शोधकर्ताओं को मानव बांझपन उपचार विकसित करने में मदद कर सकते हैं, साथ ही साथ अधिक प्रभावी पुरुष गर्भनिरोधक भी।

"हम शुक्राणु समारोह के बारे में लगभग कुछ भी नहीं समझते हैं, शुक्राणु क्या करते हैं, " पिटनिक कहते हैं। इन अज्ञात के जवाबों में से कई शुक्राणु की पहेली के आधे हिस्से के भीतर छिपे होने की संभावना है: महिला शरीर।

यह साहसी जीवविज्ञानी के लिए निराशा के रूप में आ सकता है, जिन्होंने पहली बार 17 वीं और 18 वीं शताब्दी में शुक्राणु कोशिकाओं को तत्कालीन क्रांतिकारी माइक्रोस्कोप का उपयोग करते हुए देखा था। इन शुरुआती शुक्राणु वैज्ञानिकों ने खुद को सबसे बुनियादी सवालों के जवाब देने का काम सौंपा, उदाहरण के लिए: क्या शुक्राणु जीवित प्राणी हैं? क्या वे परजीवी हैं? और, क्या प्रत्येक शुक्राणु में एक छोटा पूर्व-निर्मित वयस्क मानव होता है जो अंदर घुसा हुआ है? (हम बाद में उससे मिलेंगे।)

ल्युवेनहॉक के खरगोश शुक्राणु (अंजीर। 1-4) और कुत्ते के शुक्राणु (अंजीर। 5-8) के शुरुआती सूक्ष्म अवलोकन। (विकिमीडिया कॉमन्स)

विस्तार से शुक्राणु का पहला अध्ययन करने वाले संदिग्ध व्यक्ति एंटोन वैन लीउवेनहोक, एक डचमैन थे जिन्होंने प्रारंभिक यौगिक माइक्रोस्कोप विकसित किया था। 1627 के दशक के मध्य में मधुमक्खी के डंक, मानव जूँ और झील के पानी जैसे अधिक पवित्र विषयों की जांच करने के लिए वान लीउवेनहोके ने पहले अपने नए उपकरण का इस्तेमाल किया।

सहकर्मियों ने उनसे आग्रह किया कि वे अपने लेंस को वीर्य में बदल दें। लेकिन उसने चिंता जताई कि वीर्य और संभोग के बारे में लिखना अशोभनीय होगा, और इसलिए वह रुक गया। अंत में, 1677 में, उन्होंने दिया। अपने स्वयं के स्खलन की जांच करते हुए, वह तुरंत उस छोटे से "पशुपक्षी" से टकरा गया जिसे उसने अंदर झगड़ते पाया।

हेसिटेंट ने अपने निष्कर्षों को सहकर्मियों के साथ साझा करने के लिए भी- अकेले चलो एक पहलवान को अपनी बांह पर गोद लिया-वैन लीउवेनहोके ने संकोच के साथ 1677 में अपनी खोज के बारे में रॉयल सोसाइटी ऑफ लंदन को लिखा था। " , मैं आपके लिए अपने आधिपत्य को निजी तौर पर मानने और उन्हें प्रकाशित करने या नष्ट करने का अनुरोध करता हूं, क्योंकि आपका आधिपत्य ठीक दिखता है । ”

उनके लॉर्डशिप (उर्फ रॉयल सोसाइटी के अध्यक्ष) ने 1678 में जर्नल दार्शनिक लेन - देन में वैन लिउवेनहोक के निष्कर्षों को प्रकाशित करने का विकल्प चुना - इस तरह शुक्राणु जीव विज्ञान के बिल्कुल नए क्षेत्र को भूल गए।

यह कहना मुश्किल है कि इन फुहारों, सूक्ष्मतम अल्पविरामों को उस समय वैज्ञानिकों ने कितना रहस्यमय दिखाया होगा। इन "पशु-पक्षियों" की खोज से पहले, इस बात की थ्योरी कि इंसानों ने किस तरह से ज्यादा इंसानों को बनाया, व्यापक रूप से कहा जाता है, बॉब मोंटगोमेरी, एक जीवविज्ञानी जो कनाडा में क्वीन विश्वविद्यालय में पशु प्रजनन का अध्ययन करता है। उदाहरण के लिए, कुछ का मानना ​​था कि पुरुष द्वारा उत्सर्जित वाष्प किसी भी तरह से स्खलित होती है, जिससे बच्चे पैदा करने के लिए महिलाओं को उत्तेजित किया जाता है, जबकि अन्य का मानना ​​है कि पुरुष वास्तव में शिशुओं को बनाते हैं और उन्हें ऊष्मायन के लिए महिलाओं में स्थानांतरित करते हैं।

"आप कल्पना कर सकते हैं कि यह कितना मुश्किल है जब आपको पता नहीं है कि क्या चल रहा है, " मॉन्टगोमेरी कहते हैं। यह है: शुक्राणु और अंडे को देखने में सक्षम होने के बिना, ये वैज्ञानिक वास्तव में केवल पतली हवा से सिद्धांतों को खींच रहे थे।

17 वीं शताब्दी में, कई शोधकर्ताओं का मानना ​​था कि प्रत्येक शुक्राणुजोज़ा में एक छोटा, पूरी तरह से पूर्व-निर्मित मानव होता है, जैसा कि निकोलस हार्टसॉकर द्वारा इस 1695 स्केच में चित्रित किया गया था। (विकिमीडिया कॉमन्स)

वैन लिउवेनहोक ने 1677 में शुक्राणु की खोज करने के बाद भी, वैज्ञानिकों द्वारा मनुष्यों के गठन पर सहमति व्यक्त करने से पहले लगभग 200 साल बीत गए। विचार के दो प्राथमिक क्षेत्र इस तरह से उभरे: एक तरफ, "पूर्वसंचालक" का मानना ​​था कि प्रत्येक शुक्राणुजोज़ा या प्रत्येक अंडा, जिसके आधार पर आपने पूछा था - एक छोटा, पूरी तरह से पूर्व-निर्मित मानव। इस सिद्धांत के तहत, अंडे या शुक्राणु को विकास के लिए जगह मिलती है।

दूसरी ओर, "epigenesists" ने तर्क दिया कि नर और मादा दोनों ने एक नया जीव बनाने के लिए सामग्री का योगदान दिया, हालांकि वे निश्चित नहीं थे कि वास्तव में क्या योगदान दिया। 1700 के दशक की खोजों ने इस तर्क के लिए और अधिक साक्ष्य की पेशकश की, जिसमें 1759 की खोज भी शामिल है जो लड़कियों के अंगों को आकस्मिक रूप से विकसित करती है। (मॉन्टगोमेरी ने इसे स्पर्म बायोलॉजी: एन इवोल्यूशनरी पर्सपेक्टिव नामक पुस्तक में नोट किया है, जिसे पिटनिक सहित सहयोगियों द्वारा संपादित किया गया था।)

माइक्रोस्कोप में सुधार के साथ, 19 वीं शताब्दी के मध्य में शोधकर्ताओं ने समुद्र के यूरिनिन अंडों के भीतर भ्रूण के विकास को देखा, जो आसानी से पारदर्शी हैं। इन टिप्पणियों ने पूर्वधारणा की अवधारणा को निरस्त करना जारी रखा, और शोधकर्ताओं ने यह पूछना शुरू कर दिया कि शुक्राणु और अंडे नए जीवों को बनाने के लिए एक साथ कैसे काम करते हैं।

शुक्राणु अनुसंधान भी शरीर की अन्य प्रणालियों पर प्रकाश डालते हैं। 1960 के दशक में, शोधकर्ताओं ने प्रोटीन डायनेन की पहचान की, जो शुक्राणु आंदोलन के लिए जिम्मेदार है। "यह पता चला है कि एक ही मोटर प्रोटीन कोशिकाओं में होने वाली सभी प्रकार की प्रक्रियाओं के लिए जिम्मेदार है, " मिशिगन के ओकलैंड विश्वविद्यालय में प्रोफेसर एमेरिटस चार्ल्स लिडेमैन ने कहा, जिन्होंने शुक्राणु गतिशीलता का अध्ययन किया था। आज हम जानते हैं कि डायनिन सिलिया और फ्लैगेला जैसी सूक्ष्म कोशिकीय संरचनाओं की गति में शामिल है, जो कई शारीरिक कार्यों के लिए महत्वपूर्ण हैं।

फिर भी, प्रजनन अनुसंधान में शुरुआती प्रगति धीमी गति से हुई। मोंटगोमेरी कहते हैं कि बस बहुत सारे काम करने वाले वैज्ञानिक नहीं थे, फिर भी शुक्राणुओं को अकेला छोड़ दिया। उनका अनुमान है कि उस समय शुक्राणु पर शोध करने वाले कई दर्जन लोग थे; तुलनात्मक रूप से, आज लगभग 400, 000 वैज्ञानिक कैंसर का अध्ययन करते हैं। "कुछ लोग इसे कर रहे थे, लेकिन शायद पर्याप्त नहीं था, " मॉन्टगोमेरी कहते हैं।

पिटनिक कहते हैं कि शुक्राणु का अध्ययन करने वाले कुछ शुरुआती शोधकर्ताओं ने प्रजनन क्षमता समीकरण में महिला प्रजनन प्रणाली की भूमिका की पूरी तरह से सराहना नहीं की होगी - एक निरीक्षण जो यह बता सकता है कि यह क्षेत्र आज भी ऐसा रहस्य क्यों है। "उस भाग में जीव विज्ञान में एक पुरुष पूर्वाग्रह है सोचने के लिए कि महिला कहानी का एक महत्वपूर्ण हिस्सा नहीं है, और यह शुक्राणु जीव विज्ञान में पूर्व सूचना के इस पूरे विचार पर वापस जाता है, " पिटनिक कहते हैं।

अधिक तकनीकी पक्ष पर, महिला के भीतर शुक्राणु की चाल को देखना तार्किक रूप से बहुत चुनौतीपूर्ण है। जैसा कि पॉटनिक बताता है, एक महिला प्रजनन पथ के अंदर एक कैमरा प्राप्त करना बहुत कठिन है।

यही कारण है कि उसके चमकते फल मक्खी के शुक्राणु और वास्तविक समय में उनकी निगरानी करने की क्षमता के पीछे प्रतिभा है। ऊपर दिए गए वीडियो में एक महिला फल मक्खी के हटाए गए प्रजनन पथ को दिखाया गया है, जिसे पिटनिक ने नमकीन घोल में बरकरार रखा है। जब यह जीवित था, उस महिला को एक हरे-शुक्राणु पुरुष के लिए, और फिर कुछ दिनों बाद लाल-शुक्राणु पुरुष के साथ फिर से संभोग किया गया था। केवल शुक्राणु के सिर को फ्लोरोसेंट प्रोटीन के साथ टैग किया जाता है, इसलिए शुक्राणु की पूंछ को नहीं देखा जा सकता है।

इस तरह की तकनीक से पिट्निक इस बात की जानकारी हासिल कर सकता है कि शुक्राणु के आकार और आकार में इतनी विविधता क्यों मौजूद है। उदाहरण के लिए, वह जो चमकता हुआ शुक्राणु पढ़ता है, उसमें मेगा-लंबी पूंछ होती है जो लंबाई में 6 सेंटीमीटर तक पहुंचती है, जब वह पूरी तरह से आपकी पिंकी उंगली की लंबाई और जानवर के राज्य में सबसे लंबे समय तक ज्ञात होती है। उन्होंने दशकों से यह समझने की कोशिश की है कि एक मक्खी इस तरह क्यों विकसित होगी, और आखिरकार उनके जवाब के स्रोत के रूप में महिला प्रजनन पथ पर सम्मानित किया गया है।

जबकि पिट्निक मक्खियों पर ध्यान केंद्रित करता है, शुक्राणु ने आधुनिक वैज्ञानिकों का ध्यान आकर्षित करने की कोशिश की है जो मानव जोड़ों को गर्भ धारण करने में मदद कर रहे हैं। पॉटनिक के निष्कर्ष अनजाने में इस कार्य में मदद कर सकते हैं। "कई मामलों में, यह एक विशिष्ट पुरुष और महिला के बीच एक संगतता अंतर है, और वे अंतर्निहित तंत्र को नहीं जानते हैं, " वे कहते हैं। "शुक्राणु-महिला अंतःक्रियाओं को समझना निश्चित रूप से बांझपन के लिए नई व्याख्याओं को समझने पर प्रकाश डाल सकता है, और संभवतः इसके लिए नए समाधान।"

बुनियादी शुक्राणु अनुसंधान भी पुरुष गर्भ निरोधकों को विकसित करने में प्रगति में मदद करेंगे, राष्ट्रीय स्वास्थ्य संस्थान में गर्भनिरोधक अनुसंधान शाखा के प्रमुख डैनियल जॉनसन कहते हैं। अब तक, शोधकर्ताओं ने जैल से लेकर गोलियों तक सब कुछ आज़माया है, लेकिन एक प्रभावी, विश्वसनीय पुरुष जन्म नियंत्रण मायावी है। जॉनसन कहते हैं कि वैज्ञानिकों को अभी भी सबसे बुनियादी सवालों का सामना करना पड़ रहा है: शुक्राणु, वैसे भी क्या है ?

शुक्राणु कोशिकाएं जानवरों के साम्राज्य में अविश्वसनीय रूप से बदलती हैं। यह एकल फल मक्खी शुक्राणु कोशिका कई सेंटीमीटर तक पहुंच सकती है, जब उसे उलझा दिया जाता है। (रोमानो डल्ला)

जॉनसन कहते हैं, "हमें वास्तव में यह समझने की जरूरत है कि शुक्राणु क्या है, जो शुक्राणु की पूर्ण प्रोटीन सामग्री का वर्णन करने के लिए काम करता है - यह समझने के लिए एक महत्वपूर्ण पहला कदम है कि प्रभावी गर्भ निरोधकों को कैसे डिजाइन किया जाए। "जब आप समझते हैं कि, आप संभावित रूप से समझना शुरू कर सकते हैं कि हमें क्या करना चाहिए।"

हाल ही में, पुरुष गर्भनिरोधक पहल नामक एक निजी समूह ने एक प्रतियोगिता शुरू की, जो एक अभिनव गर्भनिरोधक अनुसंधान परियोजना को वित्तपोषित करेगी। * मिनेसोटा विश्वविद्यालय के एक औषधीय रसायनज्ञ गुंडा जॉर्ज ने इसे बांझपन पर अपने शोध के लिए प्रतियोगिता के पहले दौर के माध्यम से बनाया है। चूहों में -associated जीन है कि अंततः एक पुरुष जन्म नियंत्रण गोली विकसित करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है।

उसका वर्तमान शोध ऐसी दवाइयों के लिए उचित खुराक स्तर निर्धारित करने और संभावित दुष्प्रभावों का आकलन करने में मदद करता है। आखिरकार, "अगर एक आदमी गोली लेना बंद कर देता है, तो उसे पूरी तरह से सामान्य होना चाहिए, " जॉर्ज कहते हैं।

जॉनसन एनआईएच में इस प्रकार के अनुसंधान का समर्थन करने का अवसर पाकर प्रसन्न हैं, दोनों पुरुष गर्भ निरोधकों को आगे बढ़ाने में रुचि रखते हैं, लेकिन शुक्राणु में एक मौलिक साज़िश से भी बाहर हैं, जिसने उनके 25 साल के करियर को खत्म नहीं होने दिया। "स्पर्म आकर्षक हैं, " जॉनसन कहते हैं। "उनके जैसा कुछ नहीं है।"

पिटनिक, स्वाभाविक रूप से, सहमत हैं। वे कहते हैं कि वैन लीउवेनहोक जैसे वैज्ञानिकों ने शुरुआती दिनों में प्रदर्शन किया था, उन्होंने कहा कि इस क्षेत्र में कम हो गया है। "मुझे नहीं लगता कि आज बहुत सारे जीवविज्ञानी हैं जिन्हें इस सामान के बारे में बात करने में किसी भी तरह की असुविधा होती है, " पिटनिक कहते हैं। और उसके लिए, व्यक्तिगत रूप से? "मुझे इस जीव विज्ञान से प्यार है, " वे कहते हैं। "मैं इसके बारे में किसी से बात करूंगा जो सुनने को तैयार है।"

संपादक का नोट, 7 जून, 2017: इस टुकड़े में मूल रूप से कहा गया था कि पुरुष गर्भनिरोधक पहल NIH के तहत रखी गई थी; यह एक निजी प्रयास है।