Setelah 350 Tahun, baru Diketahui ternyata Sperma Berputar, Bukan Berenang

Hermes Gadêlha, University of Bristol

Sperma merupakan bagian yang sangat penting dalam proses pembuahan hampir semua organisme hidup yang ada di bumi, termasuk manusia. Agar mampu bereproduksi, sperma manusia harus bisa berenang dalam jarak jauh untuk menemukan sel telur. Jarak ini setara dengan jarak yang ditempuh untuk mendaki Gunung Everest.

Sperma melakukan perjalanan epik ini hanya dengan menggoyangkan ekor mereka dan menggunakan cairan untuk berenang ke depan.

Lebih dari 50 juta sperma akan gagal mencapai sel telur - angka ini setara dengan lebih dari enam kali lipat seluruh populasi di London atau New York - dan hanya satu sperma yang dibutuhkan untuk membuahi sel telur yang pada akhirnya akan menjadi manusia.

Sperma pertama kali ditemukan pada 1677 – namun butuh waktu sekitar 200 tahun sebelum pada akhirnya para ilmuwan sepakat tentang bagaimana proses pembentukan manusia. Para “preformationist” percaya bahwa setiap spermatozoa berisi manusia mini yang mungil - homunculus dan mereka percaya bahwa sel telur hanya menyediakan tempat bagi sperma untuk tumbuh.

Di sisi lain, para “epigenesis” berpendapat bahwa laki-laki dan perempuan berkontribusi untuk membentuk suatu makhluk baru, dan sebuah penemuan pada 1700-an menunjukkan bahwa teori ini memiliki bukti yang lebih banyak.

Meski para ilmuwan saat ini telah memahami peran sperma dalam reproduksi, penelitian terbaru kami menemukan bahwa selama ini sperma sebenarnya tidak seperti apa yang para ilmuwan pikirkan.

Mikroskop pertama dikembangkan pada abad ke-17 oleh Antonie van Leeuwenhoek. Dia menggunakan segumpal kaca cair yang dia letakkan dan poles secara hati-hati agar dapat menciptakan sebuah lensa yang kuat. Beberapa kaca dapat memperbesar objek 270 kali. Hebatnya, penemuan lensa yang lebih berkualitas tidak memakan waktu lebih dari 200 tahun.

Lensa Leeuwenhoek menjadikannya penjelajah pertama di dunia mikroskopis, mampu melihat objek termasuk bakteri, bagian dalam sel kita - dan sperma. Ketika Leeuwenhoek pertama kali menemukan sperma, dia mendeskripsikannya sebagai “hewan hidup” dengan “ekor, yang, saat berenang, gerakan/kibasannya seperti ular, seperti belut di air ”.

Menariknya, persepsi kita tentang bagaimana sperma berenang belum pernah berubah. Siapa pun yang telah menggunakan mikroskop modern saat ini masih melakukan pengamatan yang sama: sperma berenang maju dengan menggoyangkan ekornya dari sisi ke sisi. Tapi, menurut penelitian terbaru kami, sebenarnya perspesi tentang bagaimana sperma berenang selama 350 tahun terakhir merupakan klaim yang keliru.

Dengan menggunakan teknologi mikroskop 3D yang mutakhir, tim peneliti kami yang berasal dari Inggris dan Meksiko, dapat merekonstruksi gerakan cepat dari ekor sperma dalam 3D secara matematis. Selain ukurannya yang sangat kecil - bahkan ekornya hanya berukuran setengah dari lebar rambut, kecepatan dari sperma membuat cukup mereka sulit untuk diteliti.

Ujung ekor sperma yang memiliki gerakan melambai mampu mengalahkan lebih dari 20 kepakan tangan kita saat sedang berenang dalam waktu kurang dari satu detik. Kami menggunakan kamera super cepat yang mampu merekam lebih dari 55.000 gambar dalam satu detik yang dipasang dalam tahap berosilasi cepat untuk memindahkan sampel ke atas dan ke bawah dengan kecepatan yang sangat tinggi - yang dapat secara efektif memindai ekor sperma saat berenang bebas dalam format 3D.

Penemuan kami cukup mengejutkan. Kami menemukan bahwa sebenarnya ekor sperma bentuknya miring dan hanya bergoyang di satu sisi. Meskipun ini berarti gerakan satu sisi sperma membuatnya berenang secara berputar-putar, sperma telah menemukan cara cerdas agar dapat beradaptasi dan bisa berenang ke arah depan: mereka berguling saat berenang, seperti cara berang-berang (mamalia laut) berputar di air. Dengan cara ini, gerakan dari salah satu sisi sperma yang miring akan menyeimbangkan sisi lainnya yang tidak bergerak, membuat sperma dapat berputar sehingga memungkinkannya untuk bergerak maju.

Gerakan berputar sperma yang cepat dan sangat tersinkronisasi dapat menghasilkan sebuah ilusi jika dilihat dari atas menggunakan mikroskop 2D, sehingga tampak bahwa ekor sperma bergerak dari sisi ke sisi. Namun, penemuan ini menunjukkan bahwa sperma telah mengembangkan sebuah teknik berenang untuk mengatasi ketidakseimbangan mereka. Sperma juga telah memecahkan teka-teki matematika: dengan menciptakan simetri dari asimetri.

Tubuh dan ekor sperma berputar pada saat yang bersamaan dan berputar mengelilingi arah ke mana mereka harus berenang. Sperma menembus ke dalam cairan layaknya gasing, mereka memutar mengelilingi tubuh mereka sendiri dengan sumbu miringnya yang berputar di sekitar pusat sperma. Dalam ilmu fisika, ini dikenal sebagai presesi, seperti halnya presesi ekuinoks di bumi ini.

Computer-Assisted Semen Analysis (CASA), yang digunakan saat ini, baik di klinik maupun untuk penelitian, masih menggunakan tampilan 2D dari pergerakan sperma. Seperti mikroskop pertama Leeuwenhoek, mereka masih rentan terhadap ilusi simetri saat menilai kualitas sperma. Simetri (atau ketiadaan simetri) adalah salah satu ciri yang dapat mempengaruhi kesuburan.

Kisah ilmiah tentang ekor sperma tentunya akan tetap mengikuti perkembangan dari berbagai bidang penelitian lainnya. Kemajuan dalam memahami pergerakan sperma sangat bergantung pada perkembangan teknologi di bidang mikroskop, kemampuan merekam, dan saat ini, ditambah dengan pemodelan matematika dan analisis data. Teknologi mikroskop 3D yang dikembangkan saat ini mungkin saja dapat mengubah cara kami menganalisis cairan sperma pada masa depan.

Penemuan terbaru sejak digunakannya teknologi mikroskop 3D yang dikombinasikan dengan matematika, dapat memberikan harapan baru untuk membuka rahasia lainnya dari reproduksi manusia. Dengan lebih dari separuh dari kasus ketidaksuburan disebabkan oleh faktor laki-laki, maka dari itu, memahami ekor sperma manusia sangat penting sebagai alat diagnostik pada masa mendatang untuk mengidentifikasi sperma yang tidak sehat, dan meningkatkan kesuburan.

Diva Belinda Rauf menerjemahkan artikel ini dari edisi Inggris.

Hermes Gadêlha, Senior Lecturer in Applied Mathematics and Data Modelling, University of Bristol

Artikel ini terbit pertama kali di The Conversation. Baca artikel sumber.