Warum zu viele Spermien das Ei verderben

Quelle: Original Cartoon von Alex Martin

Gut dokumentierte Berichte über 25 Jahre haben immer mehr Hinweise darauf ergeben, dass die Zahl der Spermien in den Industrieländern sinkt. (Siehe meinen 20. April 2017 Post Going, Going, Gone? Menschliche Spermienzahlen tauchten. ) Ein Rückgang von mehr als 50 Prozent in Zählungen über einen Zeitraum von 40 Jahren hat endlich aktives Medieninteresse ausgelöst, das düstere Warnungen vor dem drohenden Aussterben der Menschheit provoziert . Obwohl viele dies als eine gute Nachricht für den Planeten betrachten, ist es unwahrscheinlich, dass dies schnell genug geschieht. Außerdem hat diese Geschichte eine selten erwähnte Kehrseite: Wenig diskutierte Ergebnisse weisen darauf hin, dass zu viele Spermien auch die Fruchtbarkeit beeinträchtigen können.

Diagramm eines menschlichen Samens, das den Kern zeigt, der einen haploiden Satz von 23 Chromosomen in seinem Kopf enthält. Das Set beinhaltet ein einzelnes Geschlechtschromosom, entweder ein X oder ein Y.

Quelle: Angepasst aus einem Diagramm von AGeremia (eigene Arbeit); über Wikimedia Commons, Datei lizenziert unter der Creative Commons Namensnennung-Weitergabe unter gleichen Bedingungen 3.0 Unported Lizenz.

Befruchtung durch mehr als ein Spermium

Es ist allgemein bekannt, dass die Befruchtung eines Säugetierei durch mehr als ein Spermium ( Polyspermie ) katastrophale Auswirkungen hat. Wenn Geschlechtszellen (Eier und Spermien) produziert werden, wird die übliche Anzahl von Chromosomen halbiert. Menschliche Körperzellen haben typischerweise 46 Chromosomen ( diploide Zahl ), aber eine Geschlechtszelle enthält nur 23 ( haploide Zahl ). Eine Geschlechtszelle enthält nur ein einzelnes Geschlechtschromosom, X in einem Ei und X oder Y in einem Spermium. Die Verschmelzung eines Samens mit einem Ei bei der Befruchtung stellt die normale Chromosomenzahl wieder her und es werden annähernd gleiche Zahlen von weiblichen (XX) und männlichen (XY) Nachkommen erzeugt. Wenn zwei Spermien ein Ei befruchten, gehen die Dinge wild schief, was zu einem triploiden Nachwuchs mit 69 Chromosomen führt, der zusätzlich zum normalen Mutter / Vater-Paar einen zusätzlichen Satz enthält. Ein Ei, das mit drei Spermien befruchtet wird, erhält zwei zusätzliche Chromosomensätze, was zu einem Quadrupol- Individuum mit 92 Chromosomen führt. Zusätzliche Chromosomensätze schädigen direkt die Geschlechtsbestimmung. Ein triploides Individuum zum Beispiel hat eine abnormale Kombination von Geschlechtschromosomen (XXX, XXY oder XYY).

Beinahe reifes menschliches Ei mit seinen umgebenden Schichten (zona pellucida; Corona radiata). Wie bei anderen Säugetieren ist das Eigelb auf ein relativ kleines Klumpen von Körnchen beschränkt, während die Zona pellucida die Befruchtung durch mehr als ein Spermium blockiert.

Quelle: Wikimedia Commons, public domain image (Nach O. Hertwig und G. Retzius.). Quelle: Conklin, EG (1914) Fakten und Faktoren der Entwicklung. Populärwissenschaftliche Monatsschrift 84: 524.

Man könnte annehmen, dass alle Tiere über wirksame Mechanismen verfügen, um die Befruchtung eines Eies durch mehr als ein Spermium zu verhindern. Bei einigen Fisch- und Vogelarten befruchten jedoch mehrere Spermien tatsächlich das Ei. Erst danach sorgen spezielle Mechanismen dafür, dass nur ein Satz männlicher Chromosomen zum Nachwuchs beiträgt. Warum also ist die Einzelspermendüngung des Eies die Regel für Säugetiere? Eine Verbindung wurde mit der winzigen Größe des Säugetierei vorgeschlagen, die extrem klein ist, weil sie kein Eigelb enthält. Was auch immer der Grund dafür ist, zwei befruchtete Schichten – die klare äußere Zona pellucida und die darunterliegende Eimembran – verhindern normalerweise, dass nach dem Befruchten des Eies zusätzliche Spermien eindringen.

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Zu viele Spermien sind mit Fehlgeburten verbunden

John MacLeod und Ruth Gold haben in einer Arbeit von 1957 einen frühen Hinweis auf einen Nachteil bei hohen Spermienzahlen gegeben. Sie verglichen die Samenqualität zwischen Männern, deren Frauen wiederholte Fehlgeburten erlitten, und Männern, die mindestens drei normale lebende Kinder zeugten, ohne gescheiterte Schwangerschaften einzugehen. Überraschenderweise war die Samenqualität in der Fehlgeburtsgruppe höher. Männer in dieser Gruppe hatten signifikant höhere Spermienkonzentrationen (im Durchschnitt über 100 Millionen / ml) und mehr bewegliche Spermien (im Durchschnitt über 60 Prozent). Fast doppelt so viele (26 Prozent gegenüber 14 Prozent) hatten Spermienkonzentrationen von mehr als 200 Millionen / ml. MacLeod und Gold stellten außerdem fest, dass fast ein Drittel der Männer, die vier oder mehr lebende Kinder ohne missglückte Schwangerschaft zeugten, nur mäßige Spermienkonzentrationen aufwiesen (20-59 Millionen / ml).

Vergleich der Spermienkonzentrationen zwischen Männern, deren Frauen 3 oder mehr Fehlgeburten erlitten haben, und Vätern von 3 oder mehr überlebenden Kindern. Männer in der ersten Gruppe hatten deutlich höhere Spermienkonzentrationen, wobei 26% mehr als 200 Millionen / ml aufwiesen, verglichen mit 14% für Väter mit mindestens 3 überlebenden Kindern.

Quelle: Angepasst an eine Figur in MacLeod & Gold (1957).

Viel später, 1975, veröffentlichten Naghma-E-Rehan und Kollegen eine Analyse von Samenproben, die vor der Vasektomie von 1300 Männern gesammelt worden waren, die mindestens zwei Kinder gezeugt hatten. Die Spermienkonzentrationen reichten weit von 1,5 bis 375 Millionen / ml, durchschnittlich 65 Millionen / ml. Fünfzehn Männer (knapp über 1 Prozent) hatten außerordentlich hohe Werte. In diesem extremen Zustand, der in medizinischen Kreisen als Polyzoospermie bekannt ist, übersteigen die Spermienkonzentrationen 250 Millionen / ml und die Gesamtzahl der Spermien übersteigt 800 Millionen. Die Ehepartner von sechs dieser Männer (40 Prozent) hatten mindestens eine Fehlgeburt, verglichen mit einer Gesamtquote von 7 Prozent. Für Frauen von 25 Männern, die eine Spermienzahl unter 10 Millionen / ml hatten, aber zwei oder mehr Kinder zeugten, betrug die Rate nur 4 Prozent.

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Zusammenfassung der Chromosomenanomalien, die bei einer groß angelegten Untersuchung von Gewebe aus Fehlgeburten gefunden wurden. In vielen Fällen, wie dem Down-Syndrom, gibt es nur ein zusätzliches Chromosom (Trisomie), was insgesamt 47 (gelbe Balken) ergibt. Die Zugabe von einem oder zwei ganzen Chromosomensätzen erzeugt Triploidie (mit 69 Chromosomen) bzw. Quadruploidie (92 Chromosomen) (rote Balken). Tr = Chromosomentranslokationen.

Quelle: Angepasst an eine Figur in Boué et al. (1975)

Mehrere Studien von fetalem Material aus Fehlgeburten haben gezeigt, dass häufig wesentliche Chromosomenanomalien vorliegen. Im Jahr 1975 veröffentlichten Joëlle Boué und Kollegen eine wegweisende Studie von 1.500 Fällen. Durch die Analyse der relativen Häufigkeiten der verschiedenen Arten von Chromosomenanomalien schätzten sie, dass bei der Hälfte aller Konzeptionen eine Art Aberration auftritt. Von diesen Aberrationen hatten etwa 20 Prozent 69 Chromosomen (Triploidie), die von zwei Spermien, die ein Ei befruchten, stammen konnten, während weitere 6 Prozent 92 Chromosomen (Quadruploidie) aufwiesen, was potentiell drei befruchtende Spermien anzeigt.

Feten mit zusätzlichen Chromosomensätzen

Die Befruchtung eines Eies durch zwei Spermien führt zur Anwesenheit eines triploiden Chromosomensatzes, einschließlich drei Geschlechtschromosomen. Diese Bedingung kann jedoch auf zwei andere Arten auftreten. Erstens kann ein Spermium aufgrund eines Entwicklungsfehlers gelegentlich zwei Chromosomensätze anstatt des üblichen aufweisen. Solch ein Sperma, das ein Ei befruchtet, würde einen triploiden Zustand ergeben. Zweitens könnte ein abnormales Ei mit zwei Chromosomensätzen von einem normalen Sperma befruchtet werden.

Mehrere medizinische Studien haben direkte Beweise für die doppelte Befruchtung von menschlichen Eiern erbracht, die im Allgemeinen fatale Folgen haben. Fast alle Vorstellungen mit Triploidie werden im Mutterleib eliminiert und die wenigen, die es zur Geburt bringen, überleben nur wenige Stunden. Ein 1977er Bericht von Nora Blackwell und Kollegen beschrieb ein Kind mit mehreren schweren Anomalien, die kurz nach der Geburt starben. Es wurde gefunden, dass es 69 Chromosomen hat, einschließlich drei Geschlechtschromosomen (XXY). Eigenschaften bestimmter Chromosomen, die nur vom Vater stammen konnten, zeigten überzeugend an, dass zwei Spermien das Ei befruchtet hatten.

Bald darauf folgten Patricia Jacobs und seine Kollegen diesem Einzelfallbericht mit einem Überblick über die Ursprünge menschlicher Triploiden. Ihre bahnbrechende Arbeit von 1978 untersuchte alle Fehlgeburten über zwei Jahre in einem hawaiianischen Entbindungsheim. Bei 21 von 26 fehlgeleiteten Feten mit Triploidie konnten sie die Quelle der zusätzlichen Chromosomen identifizieren. Ein zusätzlicher Chromosomensatz kam vom Vater in 17 Fällen und von der Mutter in 3 Fällen, wobei ein Fall ungelöst blieb. Weitere Berechnungen zeigten, dass zwei Drittel der Triploiden aus der Befruchtung von zwei Spermien resultierten, ein Viertel aus der Befruchtung durch ein einzelnes Spermium mit einem doppelten Chromosomensatz und nur ein Zehntel aus einem normalen Spermium, das ein Ei mit zwei Chromosomensätzen durchdringt. Jacobs und Kollegen stellten fest, dass die Triploidie bei Menschen relativ häufig vorkommt, und schätzt, dass sie 1 bis 3 Prozent aller nachweisbaren Vorstellungen betrifft.

Im Jahr 2000 berichteten Qinghua Shi und René Martin, die von fortgeschritteneren Techniken profitierten, von über 10 000 gesunden chinesischen Männern, die im Vergleich zu einer ähnlichen Stichprobe von 10 gesunden Kanadiern in über 200.000 Spermien auf abweichende Chromosomenzahlen stießen. Die mittlere Häufigkeit von diploiden Spermien mit 46 Chromosomen war bemerkenswert gering, weniger als 0,4 Prozent. Trotz deutlicher Unterschiede zwischen den Spendern beim Auftreten diploider Spermien gab es keine allgemeine Unterscheidung zwischen chinesischen und kanadischen Männern. Ebenfalls im Jahr 2000 berichteten Michael Zaragoza und Kollegen über eine Studie über den elterlichen Ursprung von Chromosomen in 91 Fehlgeburten mit Triploidie. Sie bestätigten, dass die meisten Fälle auf die Befruchtung des Eies durch zwei Spermien zurückzuführen waren.

Auswirkungen der Polyspermie

Es gibt also eindeutige Beweise dafür, dass Männer zu viele Spermien produzieren können, nicht nur zu wenige. Aber Diskussionen über die Spermienzahl bei Menschen und anderen Säugetieren konzentrieren sich im Allgemeinen ausschließlich auf die Notwendigkeit einer großen Anzahl, ohne Bezug auf das Risiko übermäßiger Spermienkonzentrationen, die die Entwicklung des Fötus gefährden können. Aus diesem Grund müssen die derzeitigen einseitigen Vorstellungen von "Sperma-Konkurrenz" sorgfältig überprüft werden. Wie der Samenexperte Michael Bedford in einem scharfsinnigen Bericht aus dem Jahr 2008 bemerkte: "… sollte man vorsichtig sein, dass es eine" Rasse "gibt, die unbefruchtete Eier als Funktion der Spermageschwindigkeit erreicht, und Medienbilder, die angeblich um viele Spermien konkurrieren ein unbefruchtetes Ei. "

^Verweise

^{Bedford, JM (2008) Rätsel der Säugetierdüngung – und darüber hinaus. International Journal of Entwicklungsbiologie 52 : 415-426.}

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