Zaadcel doet alles om de eerste te zijn

Teamwork, dagen zwemmen door vijandelijk gebied, een lading zuur over je heen – het klinkt als een missie van elitesoldaten, maar het is de taakomschrijving van spermacellen. De krijgers hebben een beslissende rol gespeeld in miljoenen jaren voortplanting.

Teamwork, dagen zwemmen door vijandelijk gebied, een lading zuur over je heen – het klinkt als een missie van elitesoldaten, maar het is de taakomschrijving van spermacellen. De krijgers hebben een beslissende rol gespeeld in miljoenen jaren voortplanting.

Shutterstock

Toen wetenschappers in 2014 de fossielen van mosselkreeftjes uit een Australische grot door hun verfijnde röntgenapparaten haalden, wisten ze niet wat ze zagen.

De 1 millimeter lange versteende garnaalachtige schaaldieren waren zo goed bewaard gebleven dat de structuur van de kern in hun zaadcellen tot in detail te zien was.

De meeste dieren maken elkaar een tijdje het hof voordat ze paren, maar bij sommige soorten verdoen de mannetjes daar geen tijd mee en gaan ze er flink tegenaan, of het vrouwtje nu wil of niet.

© R. Ignell, Swe.Univ. of Agri. Sci. & SPL/Scanpix

Penis boort een gat in het vrouwtje

Bij de bedwants gaat het paren er wreed aan toe – een mens zou er jaren voor achter de tralies gaan. Bij traumatische inseminatie, zoals het verschijnsel heet, doorboort het mannetje het uitwendige skelet van het vrouwtje op een willekeurige plek met zijn puntige paringsorgaan.

© POWER AND SYRED/SPL/Scanpix

Paringsorgaan met scherpe stekels

Bonenkevers zijn geen lieverdjes. Het paringsorgaan van de mannetjes is bezaaid met stekels die zo scherp en puntig zijn dat het vrouwtje tal van inwendige schrammen en wonden aan de geslachtsdaad overhoudt.

© Shutterstock

Zaad breekt hud van vrouwtje af

Bij leden van het geslacht Peripatopsis legt het mannetje zaadpakketjes op de rug van het vrouwtje. Die pakketjes brengen een reactie in haar teweeg; amoebocyten – bepaalde cellen – gaan onder het pakketje klonteren en breken daar de huid van het vrouwtje af met behulp van enzymen.

De zaadcellen van mosselkreeftjes zijn dan ook ongewoon groot.

Bij mensen zijn spermacellen met een paar micrometer grootte de kleinste cellen van het lichaam, maar bij huidige soorten mosselkreeftjes kunnen ze wel een centimeter lang zijn, dus tien keer zo lang als hun lijf en 200 keer zo lang als de spermacellen van mensen.

🏆 Recordboek van spermacellen

Hoe lang na de geslachtsdaad kan zaad een eitje bevruchten?

De Australische zaadcellen, de oudste die ooit zijn gevonden, zijn afkomstig uit 16 miljoen jaar oude gesteentelagen. Aan de fossielen is te zien dat zaadcellen van welke omvang dan ook altijd een grote rol in de voortplanting hebben gespeeld.

Ook planten hebben zaadcellen

Organismen met meer dan één geslacht – sommige schimmels hebben wel 36.000 geslachten – hebben alle zaadcellen. Voor de voortplanting gaan ze op missies die een elitesoldaat niet zouden misstaan.

© shutterstock

Topzwemmers en springstofexperts

De best onderzochte zaadcellen zijn menselijke spermacellen. Een standaardspermacel is uit de volgende drie onderdelen opgebouwd.

Informatieopslag

De kop bevat genetische informatie, en in het acrosoom, een blaas eromheen, zitten enzymen. Als de zaadcel in contact komt met het stevige celmembraan van een eicel worden de enzymen geactiveerd.

Als langzaam werkende springstoffen slaan de enzymen gaten in het membraan, zodat de kop de genetische informatie kan overdragen.

Energiedepot

Het middenstuk van de zaadcel bestaat uit een dikke kraag vol mitochondriën. Die leveren de energie waarmee de zaadcel kan zwemmen.

De mitochondriën zelf krijgen energie dankzij het hoge gehalte fructose (suikers) in het zaadvocht waarin de zaadcellen rondzwemmen.

Motor

De staart drijft de zaadcellen aan en beweegt als een kurkentrekker. Met die efficiënte techniek haalt menselijk sperma bijvoorbeeld 18 cm/h.

Dat lijkt niet veel, maar omdat een zaadcel maar zo’n 0,005 mm lang is, komt die snelheid overeen met een marathon rennen in vijf kwartier – 45 minuten sneller dan het wereldrecord.

Ze moeten enorme einden zwemmen in een stijfselachtig goedje, in een milieu dat door en door vijandig is.

En als zedan hun doel bereiken, stuiten ze op een muur die zo dik is dat ze krachtige chemicaliën in de strijd moeten gooien om erdoorheen te komen.

Al dat zwoegen is vrij onmenselijk en omslachtig, maar door dit strenge selectieproces bereiken alleen de beste en sterkste zaadcellen hun doel, en alleen zij mogen vervolgens het eitje bevruchten.

Spermacellen met kop, midden en staart komen het meest voor. Maar sommige dieren – en planten – maken er iets bijzonders van.

© Shutterstock

Het zaad van de Amerikaanse opossum wijkt af van dat van andere zoogdieren. De kop lijkt wel het uiteinde van een veiligheidsspeld, en bovendien heeft de zaadcel twee staarten.

© Shutterstock

Echt veel variatie in zaadcellen vind je pas bij planten. Ze hebben vaak veel staarten, die flagellen heten, en bijzondere vormen. Vooral varens hebben een groot aantal staarten.

© Shutterstock

De zaadcellen van de paardenstaart lijken met hun sluiers constant te dansen. Ze bewegen niet vooruit, zoals de zaadcellen van dieren, maar in spiralen, aangedreven door de vele ‘armen’.

© Karen Renzaglia

Levermos heeft zaden met twee staarten en een kop vol chromosomen. In plantenzaad zit veel meer genetische informatie dan in dierlijk zaad.

© William P. Bond

Rondwormen hebben zaadcellen zonder staart. Die kruipen als amoebes naar hun doel door hun vingerachtige uitsteeksels uit te strekken en zich daaraan naar voren te trekken.

Ondanks al die moeite heeft de zaadcel een simpele taak. Hij moet de ene helft van de genetische informatie die nodig is om een nieuw exemplaar te creëren, naareen eicel brengen.

Dit moet in een vochtig milieu gebeuren, of het nu in de natuur is – zoals wanneer zeedieren hun eitjes en zaadcellen in het water deponeren – of binnen in een vrouwtje.

Daarom kunnen vrijwel alle zaadcellen zwemmen.

🏆Recordboek van zaadcellen

Hoe snel bereiken de zaadcellen het eitje?

Zaad is biologisch voordelig

De eerste levende organismen op aarde plantten zich waarschijnlijk door deling voort, en wanneer de zaadcel precies is ontwikkeld, kunnen de wetenschappers niet zeggen.

Maar het was lang voordat de 16 miljoen jaar oude mosselkreeftjes leefden, dat is zeker.

Alle dieren hebben zaad, van hagedissen tot insecten en weekdieren, en volgens de onderzoekers gaat het dus om een oude uitvinding.

© Shutterstock

Ondermaats zaad doet toch zijn werk

De Afrikaanse naakte molrat doet alles anders.

Hij leeft in onderaardse gemeenschappen als een mier, beweegt zich in een atmosfeer vol kooldioxide en ammoniadampen zonder flauw te vallen of er iets aan over te houden, en heeft ogenschijnlijk geen last van ouderdomskwalen – en ook zijn zaad is vreemd.

Bij andere dieren is er altijd een bepaalde hoeveelheid zaadcellen met gebreken, die daardoor een eitje niet kunne bevruchten. Bij de naakte molrat zijn echter bijna alle zaadcellen met fouten behept.

Dat zaadcellen zo veel voorkomen, is waarschijnlijk te danken aan het feit dat ze klein en makkelijk te produceren zijn.

Ze zijn dus ‘biologisch voordelig’, en ze bieden een eenvoudige manier om de genetische informatie zodanig te mengen dat de soorten gevarieerder worden en zich daardoor beter kunnen ontwikkelen en verspreiden.

Met zo veel zaadcellen is het echter niet te voorkomen dat enkele defect of anderszins onvruchtbaar zijn.

Alle organismen kennen zaadcellen met meer koppen, een verschrompelde staart of een andere handicap waardoor ze niet door de wand van het eitje komen.

Maar zolang het er maar een paar zijn, lijdt het voortplantingsvermogen van het organisme er niet onder.

🏆 Recordboek van zaadcellen

Hoeveel zaadcellen levert een mannetje per keer?

En niet alleen dieren planten zich met behulp van zaadcellen voort, ook planten als varens en mossen. Alles wat groeit, leeft en bloeit is van zaad afhankelijk – zonder zaadcellen geen leven.