Publicado: 
21 de noviembre de 2001

Fecundación Flotante

Los investigadores han encontrado que la gravedad -- ya sea demasiada o muy poca -- afecta el comportamiento de los espermatozoides de una manera intrigante.

NASA

Centro Marshall de Vuelos Espaciales

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Noviembre 21, 2001: Las cosas son diferentes en el espacio.

Los seres humanos duermen con los pies hacia arriba. El aire caliente no se eleva. El agua hirviendo no burbujea. Los huesos se debilitan, los músculos se atrofian, y un estornudo común y corriente ¡puede enviarlo a volar! Y la lista sigue y sigue...

Ahora, los científicos han agregado un artículo más -- uno que es sorprendente e importante -- a esta lista de cosas que funcionan de manera extraña cuando la familiar sensación de la gravedad se desvanece:

Los espermatozoides.

De acuerdo con Joseph Tash, un fisiólogo patrocinado por la NASA en el Centro Médico de la Universidad de Kansas (University of Kansas Medical Center), los espermatozoides se comportan de manera diferente en el ambiente sin peso del espacio, de lo que se observa en la Tierra. Él aún no sabe si estos cambios deterioran o mejoran la fecundación. Pero, dice Tash, cada vez es más claro que en el espacio exterior, la fecundación -- de humanos, de animales e incluso de plantas -- es muy posible que resulte afectada.

Arriba: Una microfotografía de barrido electrónico de espermatozoides en la Tierra. Cortesía del Laboratorio de Microscopía Andrológica de la Universidad de Utah (University of Utah Andrology Microscopy Laboratory). [más información]

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El misterioso comportamiento de los espermatozoides en el espacio llamó por primera vez la atención en 1988 cuando el investigador alemán U. Engelmann envió muestras de esperma de toro en órbita, a bordo de un cohete de la Agencia Espacial Europea (European Space Agency). Su objetivo, tanto en éste como en un experimento posterior, era sencillamente determinar si los cambios en la gravedad afectaban la motilidad (movimiento) de los espermatozoides. Encontró que así era. Las diminutas células parecían moverse mejor en un ambiente de baja gravedad -- buenas noticias, al parecer, para la fecundación, que está íntimamente ligada a la motilidad de los espermatozoides. ¡Hacer bebés, tal vez sería aún más fácil en el espacio!

Pero, dice Tash, quien ha estudiado los espermatozoides de erizos de mar a bordo de algunos vuelos del Trasbordador de la NASA, esto no es tan simple.

El movimiento de los espermatozoides, explica, comienza con un proceso llamado fosforilación -- una reacción química ampliamente usada por las células para controlar sus propias actividades. En la fosforilación, una enzima cambia el funcionamiento de una proteína dentro de una célula. Esto genera una especie de reacción en cadena tipo dominó que inicia algún tipo de actividad -- como el hacer que las colas de los espermatozoides se muevan, y propulsar a la célula espermatozoide hacia adelante. En la Tierra, el movimiento de estas colas es detenido o modificado cuando una segunda enzima, conocida como proteína fosfatasa, entra en acción.

En ausencia de gravedad, Tash encontró que esta segunda enzima no realiza su trabajo dentro del periodo normal de tiempo.

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Arriba: El comportamiento de los espermatozoides -- un proceso biológico básico -- es afectado por la gravedad. Crédito de la imagen: Dr. J. Tash, Centro Médico de La Universidad de Kansas (University of Kansas Medical Center).

Aunque estos resultados podrían explicar porqué los espermatozoides se mueven más rápido en el espacio, no implican necesariamente que la fecundación sea más fácil. Después de todo, si una enzima (proteína fosfatasa) no es activada correctamente, tal vez otras sean también afectadas. Muchas reacciones de las enzimas juegan un papel en el proceso de fecundación: por ejemplo, preparar al espermatozoide para insertar el ADN en el óvulo. Dice Tash: si los procesos de las enzimas son alterados por la gravedad -- y lo son -- no podemos ni siquiera suponer cuál será el efecto en la fecundación, hasta cuando hayamos estudiado algo más que sólo el movimiento de los espermatozoides.

La investigación inicial se llevó a cabo a bordo de las misiones STS-81 y STS-84 del Trasbordador Espacial. "Fueron parte de los vuelos de acoplamiento con la MIR", explica, "y no había espacio para microscopios. Aunque deseábamos hacerlo, no pudimos observar directamente la motilidad propia de los espermatozoides". La ausencia de microscopios, sin embargo, tuvo como resultado el obtener ciertos beneficios inesperados. Fuimos forzados a concentrarnos en cambio, en las proteínas que están relacionada con el proceso. "Como resultado", dice Tash, "pudimos identificar proteínas [previamente desconocidas] en las colas de los espermatozoides, que están íntimamente ligadas a la iniciación del movimiento del espermatozoide".

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Izquierda: En 1997 el Trasbordador Espacial Atlantis (STS-84) llevó al espacio esperma de erizos marinos para los experimentos de Tash.

Más recientemente, Tash ha estudiado los efectos del exceso de gravedad (hipergravedad) en los espermatozoides. Trabajando en Alemania con un microscopio equipado con centrifugador, Tash pudo observar esperma activado de erizo marino bajo condiciones de hasta 5 G (cinco veces la gravedad normal de la Tierra). Sus descubrimientos complementaron los resultados de los experimentos del Trasbordador.

A bordo del Trasbordador, explica Tash, los investigadores examinaron las proteínas activando millones de espermatozoides inmótiles y luego, usando anticuerpos, observaron la manera en que las proteínas habían cambiado 30 y 60 segundos después. Con la ayuda del microscopio con centrifugador, "estuvimos, de hecho, tomando mediciones de células espermatozoides individuales." Siguiendo los sinuosos e individuales movimientos de cada uno entre los cientos de espermatozoides, Tash encontró que la motilidad de los espermatozoides comienza a deteriorarse a tan sólo 1.3 G. Y descubrió que en un ambiente de hipergravedad, la fecundación propia se reduce en un 50%. Así como en la ausencia de gravedad, estos efectos parecen estar determinados por cambios en la fosforilación.

De hecho, es sorprendente que algo tan pequeño como un espermatozoide pueda ser afectado por la gravedad. Los físicos, dice Tash, " podrían argumentar que el tamaño de las moléculas críticas para el movimiento de los espermatozoides no son lo suficientemente grandes como para ser sensibles a la gravedad". Pero, indica Tash, la cabeza de un espermatozoide es casi del mismo tamaño que los estatolitos en las plantas -- pequeños gránulos flotantes que ayudan a las plantas a distinguir entre arriba y abajo. La gravedad podría afectar cosas aún más pequeñas. Los investigadores, dice Tash, están ahora empezando a encontrar evidencia de que aún las proteínas individuales que forman las estructuras de la cola de los espermatozoides, pueden ser sensibles a los cambios de gravedad.

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Nadie sabe exactamente de que manera la gravedad afecta a las células. Puede que ésto tenga que ver con el citoesqueleto: la estructura que da su forma a las células. Las proteínas que envían señales están a menudo conectadas con el citoesqueleto, dice Tash. Tal vez, dice, hay un mecanismo por el cual las fuerzas gravitacionales en la cabeza del espermatozoide son de alguna manera transmitidas hacia el citoesqueleto, lo cual a su vez afecta las vías de señalización que alteran el movimiento.

Derecha: El espermatozoide se mueve al rotar su cola en un movimiento en espiral a través del agua. Esto genera ondas de fuerza hacia atrás que propulsan al espermatozoide hacia adelante. Si el espermatozoide choca con una superficie dura, como un óvulo, el movimiento en espiral hace que el espermatozoide entero rote. Crédito: Chris Patton, Universidad de Stanford (Stanford University).[ más información.]

Este es un rompecabezas que los seres humanos necesitamos resolver si estamos planeando permanecer mucho tiempo en el espacio. Al final, nuestra exploración del espacio puede depender de la habilidad de muchas especies para reproducirse en ausencia de gravedad: no solo humanos, sino también animales y plantas de invernadero.

"Para la NASA", dice Tash, "la pregunta básica después de todo esto es: ¿Afectan los cambios en la gravedad, la habilidad de las especies para reproducirse?" Cada vez más, la respuesta parece ser si. "Es un área", dice, "que requiere mucha más atención".

Nota del Editor:: ¿Porqué utiliza Tash esperma de erizo marino para sus experimentos? A pesar de la inusitada fuente, el esperma y los movimientos de los espermatozoides son universales en el reino animal, dice Tash. El esperma de erizo de mar se usa porque hay menos variaciones de un erizo a otro que entre humanos u otros mamíferos. El esperma de erizo de mar puede también sobrevivir mejor a los retrasos previos a un lanzamiento que el de muchas otras especies.

Enlaces a la Red

Nueva Evidencia del Papel de la Gravedad en la Fecundación -- Los investigadores de la NASA han descubierto evidencia de que la gravedad, o la ausencia de ella, puede jugar un papel importante en el desarrollo y la evolución de la vida. Un comunicado de prensa de las Oficinas Centrales de NASA.

La Oficina de Investigaciones Físicas y Biológicas (Office of Biological and Physical Research) de la NASA patrocinó la investigación de Tash.

Estudio Sobre los Espermatozoides a Bordo del Trasbordador Espacial -- un comunicado de prensa del Centro Médico de la Universidad de Kansas (University of Kansas Medical Center)

Fotografías de Espermatozoides -- del Laboratorio de Microscopía Andrológica de la Universidad de Utah (University of Utah Andrology Microscopy Lab)

Comparación del Esperma del Erizo Marino con el Esperma Humano -- de la Universidad de Stanford (Stanford University).

Animaciones -- Vea como los espermatozoides son extraídos de los erizos de mar, y como se mueven. De la Universidad de Stanford.


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