Spermium

Ein Spermium oder Spermatozoon (umgangssprachlich auch Samenfaden oder Samenzelle genannt) ist eine zu eigenständiger Bewegung fähige männliche Keimzelle, die der Befruchtung der weiblichen Eizelle dient. Spermien werden in einer großen Vielzahl produziert und sind wesentlich kleiner als die zu befruchtende Eizelle, weil sie im Gegensatz zur Eizelle keine größeren Plasmamengen und dotterhaltigen Nährstoffe enthalten.

Bei den Wirbeltieren werden sie im Epithel der Hodenkanälchen des Hodens produziert.

Spermien mit Geißel werden als Spermatozoid bezeichnet, ein Spermatium ist dagegen die Spermazelle ohne Geißel.

Abzugrenzen ist der Begriff "Spermium" vom Begriff Sperma, das sich aus den eigentlichen Spermien, den Epithelzellen und der Samenflüssigkeit (Samenplasma) zusammensetzt (für weitere Details siehe Artikel Sperma).

Gestalt fadenförmiger Spermien bei verschiedenen Tieren

(1) Akrosom
(2) Zellmembran
(3) Nucleus
(4) Mitochondrien
(5) Schwanz (Flagellum).

Bei den einzelnen Tierarten besitzen die Spermien eine unterschiedliche und charakteristische Gestalt. Doch gibt es gewisse Grundübereinstimmungen im Bau. Meistens handelt es sich um fadenförmige Zellen, die einen Kopfteil mit haploidem Zellkern, ein Mittelstück ("Hals" mit Centrosom und darum liegenden Mitochondrien-Paketen) und einen beweglichen Schwanz besitzen. Der Spermienkopf kann verschieden gestaltet sein: kugelig wie bei Weißfischen, lang gestreckt wie beim Chamäleon, hakig gebogen wie bei Ratten und Mäusen, säbelartig wie bei Hühnern, schraubenförmig gewunden wie bei Schnecken und Vögeln, ellipsoid geformt wie bei Stieren und Hengsten, schaufelförmig wie bei Meerschweinchen oder birnenförmig wie beim Menschen. An der Kopfspitze befinden sich oft Sonderbildungen, die das Eindringen in die Eizelle ermöglichen: Sie sind dolchartig beim Frosch, hakenförmig bei der Maus oder erinnern - wie bei der Knoblauchkröte - an einen Bohrer. Weiter befindet sich an der Spitze des Spermienkopfes oft eine Kappe (Akrosom) von unterschiedlicher Größe und Gestalt, die mit Enzymen gefüllt ist, welche das Durchdringen der Eimembran erleichtern.

Andere Spermienformen

Neben der Fadenform weisen einige Spermien auch andere Formen auf: Bei niederen Krebsen und etlichen Spinnentieren können sie insgesamt kugelförmig sein. Der Spulwurm besitzt nagelförmige Spermien mit einem Glanzkörper aus spezifischen Eiweißen. Andere Rundwürmer und auch Milben haben amöboid bewegliche Spermien. Bei den Zehnfußkrebsen (Decapoda) kommt eine Art "Explosionseinrichtung" in Form eines Sprungfedermechanismus vor, der das Spermium in die Eizelle katapultiert.

Größen

Auch die Größe der Spermien variiert bei den einzelnen Arten stark. Während die Spermien von Muschelkrebsen 7 mm lang sind, besitzen menschliche Spermien nur eine Länge von 0,05 mm. Die Größe der Spermien kann sogar innerhalb der gleichen Art variieren - je nachdem, ob ein Männchen mehrere Nebenbuhler hat oder nicht. So hat man bei Fröschen festgestellt, dass die Spermiengröße und damit auch die Länge des Spermienschwanzes zunimmt, wenn das betreffende Männchen sich mit anderen Männchen um die Gunst eines Froschweibchens auseinanderzusetzen hat. Die Spermien mit dem längsten Schwanz, die am schnellsten schwimmen können, haben dabei die größte Chance, als erste die vom Weibchen ins Wasser abgegebenen Froscheier zu erreichen.

Menschliche Spermien

Bau und Funktion

Das Spermium des Mannes besteht aus

einem Kopfteil, der den haploiden Zellkern und zwischen 2682 und 2886 verschiedene mRNA-Moleküle enthält,
einem Mittelstück mit einer Vielzahl von Mitochondrien, die die Energie in Form von ATP-Molekülen für die Fortbewegung liefern,
einem beweglichen Schwanzteil mit längsverlaufendem Fibrillensystem aus Mikrotubuli zur Fortbewegung.

Menschliche Spermien dienen - wie die Spermatozoen der anderen Organismen - der Befruchtung einer weiblichen Eizelle. Sie werden nach ihrer Fertigstellung (Spermatogenese) zunächst im männlichen Nebenhoden gelagert, um von dort aus über den Samenleiter und die Harnröhre bei der Ejakulation während des männlichen Orgasmus ausgestoßen zu werden. Rund 300 Millionen von ihnen landen in der weiblichen Scheide. Von der Scheide aus "erschnüffeln" sie sich auf ihrer Reise über die Gebärmutter zum Eileiter den Weg zur Eizelle. Dabei leitet sie ein maiglöckchenähnlicher Duft, den die Eizelle ausstößt.

Aufgenommen werden die Duftreize von Duftrezeptor-Molekülen in der Membran des Anfangsteils des Spermienschwanzes, die denen in den Riechzellen unserer Nase ähneln. Trifft der weibliche Duftstoff auf den Rezeptor 17-4, steigt im Innern des Spermiums die Calcium-Konzentration. Dies hat zur Folge, dass das Spermium seine Schwimmrichtung ändert und gleichzeitig die Schwimmgeschwindigkeit verdoppelt.

Wegen der vielen Hindernisse erreichen nur etwa 300 Spermien diejenige Stelle am Ende des Eileiters, an der die Eizelle auf ihre Befruchtung wartet. Die Eizelle lässt sich allerdings nur von einem einzigen Spermium befruchten. Bei der Befruchtung dringt der Inhalt des Spermienkopfes in die Eizelle ein, die dadurch diploid wird und nun Zygote heißt. Nach neueren Erkenntnissen beeinflussen die zusammen mit dem Zellkern des Spermiums in die Eizelle eingedrungenen männlichen mRNA-Moleküle die Entwicklung des aus der Zygote entstehenden Embryos.

Fortbewegung

Die menschlichen Spermien besitzen eine bewegliche Geißel. Die beiden auf der Geißel markierten Punkte bewegen sich nach oben (linker Punkt) und unten (rechter Punkt). Diese Geschwindigkeit wird aufgeteilt in den Teil, der parallel V[par] zum Abschnitt der Geißel verläuft und den Teil, der senkrecht V[senkr] dazu verläuft. Die daraus resultierende Kraft F wird wiederum in zwei Teile aufgeteilt, nämlich den Teil der Kraft, der parallel zur Bewegungsrichtung des Spermiums wirkt (F[horiz]) und den Teil, der vertikal zur Bewegungsrichtung wirkt (F[vert]). Die Summe der beiden Kräfte, die parallel zur Bewegungsrichtung des Spermiums gerichtet sind, bilden die vorantreibende Kraft.

Quelle: "Reise zum Mittelpunkt des Frühstückseis", Len Fisher

Aufbewahrung der Spermien zur künstlichen Befruchtung oberhalb des Gefrierpunktes

Spermien, die zur künstlichen Befruchtung dienen sollen, muss man nicht mehr wie bislang üblich in tiefgefrorenem Zustand in einer Samenbank aufbewahren; sie sollen künftig ganz einfach bei niedrigen Temperaturen oberhalb des Gefrierpunktes aufbewahrt werden können. Forscher aus Saudi-Arabien stellten im Jahre 2003 eine neue Methode vor, um Spermien ohne aufwändige Kühltechnik aufzubewahren. Dazu müssen die Spermien vorher gereinigt und in keimfreier Luft getrocknet werden. Zur Befruchtung erweckt man die Spermien später in einer Speziallösung wieder zum Leben und injiziert sie mit Hilfe der so genannten intracytoplasmatischen Spermainjektion in die zu befruchtende Eizelle. Allerdings sind die bei diesen Temperaturen aufbewahrten Spermien nach der Revitalisierung nicht mehr bewegungsfähig, müssen zur Befruchtung also in jedem Fall direkt in die Eizelle injiziert werden.

Die falsche Verwendung des Begriffs "Samen"

Der Begriff Spermium sollte nicht mit dem Begriff Samen verwechselt werden, mit dem ein (oft in Fruchtfleisch eingebettetes) Verbreitungsorgan der höheren Pflanzen gemeint ist, das aus einem ruhenden pflanzlichen Embryo besteht, der von Nährgewebe und einer Samenschale umgeben ist.

Die falsche Verwendung des Begriffes Same oder Samen für die Spermien leitet sich aus der Bibel ab. Das hebräische Wort für Same wird dort unterschiedslos für Pflanzen, Tiere und den Menschen gebraucht. So empfängt einerseits die Frau den männlichen Samen (Num 5, 28) oder erweckt ihn beim erotischen Spiel (Gen 19, 32 und 34), andererseits wird das Land mit den Samen der Feldfrüchte besät (Dtn 29, 22; Ez 36, 9).

Aus dem alten Ägypten stammt die falsche Vorstellung, dass der männliche Same bereits der Mensch in nuce sei, der im Mutterleib quasi wie in einer Nährlösung nur noch heranzureifen braucht. Schließlich steht der Begriff Same auch für die Nachkommenschaft selbst. Wenn die Bibel vom Samen Abrahams spricht, dann sind damit die aus Abraham hervorgegangenen Nachkommen gemeint (Jes 41, 8; Jer 33, 26). All diese Bedeutungen sind hier nicht gemeint. Die Begriffe Samen oder Samenzelle etc. sollten daher nicht mehr für die Spermien oder das Sperma verwendet werden. Neuere Schulbücher sprechen daher auch nicht mehr vom Samenleiter, sondern ausdrücklich vom Spermienleiter.

Literatur

Populärwissenschaftliche Bücher

Vivien Marx: Das Samenbuch: alles über Spermien, Sex und Fruchtbarkeit. Frankfurt am Main: Fischer-Taschenbuch-Verlag
Robie H. Harris: Was jetzt kommt ist ... einfach irre!: ein Buch über Eier und Spermien, Geburt, Babys und Zusammenleben. Weinheim: Beltz & Gelberg, 2002

Spezielle Fachliteratur

WHO-Laborhandbuch zur Untersuchung des menschlichen Ejakulates und der Spermien-Zervikalschleim-Interaktion World Health Organization. Übers. von Eberhard Nieschlag. Berlin, Heidelberg, New York: Springer-Verlag 1999
Brigitte Reimesch: Untersuchungen zum Einfluss von Coenzym Q10 und einer Mischung aus Coenzym Q10 und Vitamin C, in vitro, auf die Beweglichkeit der Spermien. Diss. Erlangen-Nürnberg 2002
Steffen Klaus Meurer: Molekularbiologische und immunologische Charakterisierung von Chemorezeptoren in Säugetier-Spermien. Jülich: Forschungszentrum Jülich GmbH, 2002
Stefan Hans Uhlich: Vergleich von Spermien nach Präparation mit Glaswollfiltration oderPercoll-Dichtegradientenzentrifugation: eine elektronenmikroskopische Untersuchung. Diss. Ulm 1996
Andrea Wagner: Das funktionelle Spermienreservoir im Säugetier: Charakterisierung der kohlenhydratvermittelten Vorgänge der Spermien-Oviduktbindung beim Schwein. Elektronische Resource, 2001
Heike Rauhaus: Untersuchungen zur Morphologie und Lebend-Tot-Färbung von Spermien einiger Haustierarten. Diss. München 1990
Manuela Quandt: Inhibition und Stimulation der Spermienmigration im in vitro Spermien-Mukus-Interaktionsmodell. Diss. Heidelberg 1996
Dirk Schulze Bertelsbeck: Die Bedeutung von Spermienantikörpern in Serum und auf Spermien für die Diagnose der immunologisch bedingten Infertilität. Diss. Münster 1995
Johannes Solzin: Chemotaxis von Seeigel-Spermien: kinetische Messungen intrazellulärer Botenstoffe. Diss. Köln 1993
Ulrich Wirth: Spermien und Spermatogenese bei Nematoden und die Bedeutung der Spermien für die Phylogenetik der Metazoen. Diss. Freiburg 1983
Stephan Schulte-Wrede: Raster-Elektronenmikroskopie von Spermien des Hausschafs 'Ovis ammon aries L.'. Diss. München 1974
Olaf W. Dietz: Die Zahl der Spermien im Ejakulat des Ziegenbockes in der Abhängigkeit zur Sexualpause. Diss. Leipzig 1950

Siehe auch

Sperma - Ejakulat - Hoden - Gamet - Spermatophore - Spermatogenese

Weblinks