انجذاب الحيوانات المنوية الحراري

الانجذاب الحراري للحيوانات المنوية هو شكل من أشكال توجيه الحيوانات المنوية، حيث تُغير خلايا الحيوانات المنوية (الحيوانات المنوية) اتجاه سباحتها بنشاط وفقًا لتدرج درجة الحرارة، فتسبح عكس اتجاه التدرج. وحتى الآن، لم تُكتشف هذه العملية إلا في الثدييات .

أدى اكتشاف انجذاب الحيوانات المنوية الكيميائي لدى الثدييات ، وإدراك قدرتها على توجيه الحيوانات المنوية لمسافات قصيرة فقط، تُقدّر ببضعة ملليمترات، ^{[ 1 ]} إلى البحث عن آليات توجيه محتملة بعيدة المدى. وقد أظهرت النتائج، على الأقل في الأرانب ^{[ 2 ]} والخنازير، ^{[ 3 ]} وجود فرق في درجة الحرارة داخل قناة البيض ، وأن هذا الفرق يتكوّن عند الإباضة في الأرانب نتيجة انخفاض درجة الحرارة في قناة البيض بالقرب من اتصالها بالرحم ، مما يُنشئ تدرجًا حراريًا بين موقع تخزين الحيوانات المنوية وموقع الإخصاب في قناة البيض ^{[ 4 ]} (الشكل 1)، مما دفع إلى دراسة ما إذا كانت الحيوانات المنوية لدى الثدييات تستجيب للتدرج الحراري عن طريق الانجذاب الحراري. ^{[ 5 ]}

تم إثبات انجذاب الحيوانات المنوية للحرارة لدى الثدييات، حتى الآن، في ثلاثة أنواع: الإنسان والأرانب والفئران. ^{[ 5 ] [ 6 ]} وقد تم ذلك بطريقتين. الأولى تضمنت استخدام حجرة زيغموند ، المُعدّلة بحيث يمكن التحكم بدرجة الحرارة في كل بئر على حدة وقياسها. تم إنشاء تدرج حراري خطي بين الآبار، وتم تحليل حركة الحيوانات المنوية في هذا التدرج. تبين أن نسبة صغيرة من الحيوانات المنوية (حوالي 10%)، وهي الخلايا المُخصبة ، قد غيّرت اتجاه حركتها وفقًا للتدرج، متجهةً نحو درجة الحرارة الأكثر دفئًا. ^{[ 5 ]} أما الطريقة الأخرى، فقد تضمنت استخدام أنبوب فصل ثنائي ^{[ 7 ] [ 8 ]} أو ثلاثي ^{[ 6 ]} الحجرات، موضوع داخل جهاز فصل حراري يحافظ على تدرج حراري خطي. كان تراكم الحيوانات المنوية عند الطرف الأكثر دفئًا من أنبوب الفصل أعلى بكثير من تراكمها عند نفس درجة الحرارة ولكن في غياب التدرج الحراري. ^{[ 6 ]} لوحظ تراكم الحيوانات المنوية المعتمد على التدرج الحراري على نطاق واسع من درجات الحرارة (29-41  درجة مئوية). ^{[ 8 ]}

بما أن درجة الحرارة تؤثر على جميع العمليات تقريبًا، فقد أُولي اهتمام كبير لمسألة ما إذا كانت القياسات المذكورة آنفًا تُظهر بالفعل انجذابًا حراريًا أم أنها تعكس عملية أخرى تعتمد على درجة الحرارة. يُعدّ الحمل الحراري التأثير الأبرز لدرجة الحرارة في السوائل، مما أثار مخاوف من أن يكون الاستجابة الحرارية الظاهرة انعكاسًا لانجراف سلبي في تيار السائل أو استجابة انجذابية ^{[ 9 ]} للتيار (بدلًا من تدرج درجة الحرارة بحد ذاته). كما أُثيرت مخاوف أخرى من أن تكون درجة الحرارة قد غيّرت الرقم الهيدروجيني الموضعي للمحلول المنظم الذي تُعلق فيه الحيوانات المنوية. وهذا بدوره قد يُولّد تدرجًا في الرقم الهيدروجيني على طول تدرج درجة الحرارة، وقد تستجيب الحيوانات المنوية لتدرج الرقم الهيدروجيني المتشكل بالانجذاب الكيميائي. ومع ذلك، فقد أثبتت الفحوصات التجريبية الدقيقة لجميع هذه الاحتمالات، مع ضوابط مناسبة، أن الاستجابات المقاسة لدرجة الحرارة هي استجابات حرارية حقيقية، وأنها لا تعكس أي عملية أخرى حساسة لدرجة الحرارة، بما في ذلك الانجذاب الانسيابي والانجذاب الكيميائي. ^{[ 1 ] [ 8 ]}

لم تُدرس آلية سلوك الحيوانات المنوية المُستجيبة للحرارة حتى الآن إلا في الحيوانات المنوية البشرية. ^{[ 10 ]} ومثل آليات سلوك الانجذاب الكيميائي للبكتيريا ^{[ 11 ]} والانجذاب الكيميائي للحيوانات المنوية البشرية ، ^{[ 12 ]} يبدو أن آلية سلوك الحيوانات المنوية البشرية المُستجيبة للحرارة عشوائية وليست حتمية. تسبح الحيوانات المنوية البشرية المُخصبة في خطوط مستقيمة تقريبًا تتخللها انعطافات ونوبات قصيرة من فرط النشاط . وتؤدي كل نوبة من هذه النوبات إلى السباحة في اتجاه جديد. عندما تشعر الحيوانات المنوية بانخفاض في درجة الحرارة، يزداد تواتر الانعطافات ونوبات فرط النشاط نتيجةً لزيادة سعة موجة السوط، مما يؤدي إلى زيادة إزاحة الرأس من جانب إلى آخر. ومع مرور الوقت، تخضع هذه الاستجابة لتكيف جزئي. ويحدث العكس عند ارتفاع درجة الحرارة. يشير هذا إلى أنه عندما تسبح الحيوانات المنوية المُخصبة عكس تدرج درجة الحرارة، يتم كبح الانعطافات وتستمر الحيوانات المنوية في السباحة في اتجاه التدرج. عندما يسبحون مع اتجاه الانحدار، فإنهم يستديرون مراراً وتكراراً حتى يصبح اتجاه سباحتهم مرة أخرى مع اتجاه الانحدار.

تشير استجابة الحيوانات المنوية للتغيرات الزمنية في درجة الحرارة، حتى مع ثباتها مكانيًا ^{[ 10 ]} ، إلى أن انجذاب الحيوانات المنوية للحرارة، كما هو الحال في انجذاب الحيوانات المنوية البشري ^{[ 12 ] [ 13 ]} ، يتضمن استشعار التدرج الزمني. بعبارة أخرى، يبدو أن الحيوانات المنوية تقارن درجة الحرارة (أو دالة تعتمد على درجة الحرارة) بين نقاط زمنية متتالية. مع ذلك، لا يستبعد هذا حدوث استشعار مكاني لدرجة الحرارة بالإضافة إلى الاستشعار الزمني. تستطيع الحيوانات المنوية البشرية الاستجابة حراريًا ضمن نطاق واسع من درجات الحرارة (29-41  درجة مئوية على الأقل) ^{[ 8 ]} . ضمن هذا النطاق، تتراكم بشكل تفضيلي في درجات الحرارة الأكثر دفئًا بدلًا من درجة حرارة واحدة محددة ومفضلة. ومن المثير للدهشة أنها تستطيع استشعار تدرجات حرارية منخفضة تصل إلى أقل من 0.014  درجة مئوية/مم والاستجابة لها حراريًا. وهذا يعني أنه عندما تسبح الحيوانات المنوية البشرية مسافة تساوي طول جسمها (~46  ميكرومتر)، فإنها تستجيب لفرق في درجة الحرارة أقل من 0.0006  درجة مئوية!

لا تزال الآلية الجزيئية الكامنة وراء الانجذاب الحراري، بشكل عام، والاستشعار الحراري بهذه الحساسية الفائقة، على وجه الخصوص، غير واضحة. من المعروف أنه على عكس أجهزة الاستشعار الحراري الأخرى المعروفة في الثدييات، لا يبدو أن أجهزة الاستشعار الحراري للحيوانات المنوية المسؤولة عن الانجذاب الحراري عبارة عن قنوات أيونية حساسة للحرارة . بل هي بالأحرى أوبسينات ^{[ 6 ]،} وهي مستقبلات مقترنة ببروتين G تعمل كمستشعرات ضوئية في الرؤية . تتواجد الأوبسينات في الحيوانات المنوية في مواقع محددة، تختلف باختلاف النوع ونوع الأوبسين. ^{[ 6 ]} وتشارك في الانجذاب الحراري للحيوانات المنوية عبر مسارين إشاريين: مسار فوسفوليباز C ومسار النيوكليوتيدات الحلقية . وقد أظهرت الدراسات الدوائية على الحيوانات المنوية البشرية أن المسار الأول يتضمن إنزيم فوسفوليباز C، وقناة الكالسيوم لمستقبل إينوزيتول ثلاثي الفوسفات الموجودة على مخازن الكالسيوم الداخلية ، وقناة الكالسيوم TRPC3 ، والكالسيوم داخل الخلايا. ^{[ 6 ] [ 7 ]} وقد ثبت حتى الآن أن الأخير يتضمن إنزيم فوسفودايستراز . ^{[ 6 ]} إن حجب كلا المسارين يمنع تمامًا انجذاب الحيوانات المنوية للحرارة. ^{[ 6 ]}

• نتائج الدراسة السريرية لسمناكس