نشكركم على زيارة موقع Nature.com. يُعاني متصفحكم من محدودية دعم CSS. للحصول على أفضل تجربة، نوصي باستخدام متصفح مُحدّث (أو تعطيل وضع التوافق في Internet Explorer). في هذه الأثناء، ولضمان استمرار الدعم، سنعرض الموقع بدون أنماط CSS وجافا سكريبت.
تعتمد خصوبة الطيور على قدرتها على تخزين كمية كافية من الحيوانات المنوية الحية لفترة طويلة في أنابيب تخزين الحيوانات المنوية. ولا تزال الآلية الدقيقة التي تدخل بها الحيوانات المنوية إلى هذه الأنابيب، وتستقر فيها، وتغادرها، موضع جدل. وقد أظهرت الحيوانات المنوية لدجاج القرشي ميلًا كبيرًا للتكتل، مُشكّلةً حزمًا خيطية متحركة تحتوي على العديد من الخلايا. ونظرًا لصعوبة مراقبة حركة الحيوانات المنوية وسلوكها في قناة فالوب المعتمة، استخدمنا جهازًا ميكروفلويديًا ذا مقطع عرضي لقناة دقيقة مشابه لمقطع الحيوانات المنوية لدراسة تكتل الحيوانات المنوية وحركتها. تتناول هذه الدراسة كيفية تكوّن حزم الحيوانات المنوية، وكيفية تحركها، ودورها المحتمل في إطالة فترة بقاء الحيوانات المنوية في أنابيب تخزين الحيوانات المنوية. وقد بحثنا سرعة الحيوانات المنوية وسلوكها الريولوجي عند توليد تدفق سائل داخل قناة ميكروفلويدية بواسطة الضغط الهيدروستاتيكي (معدل التدفق = 33 ميكرومتر/ثانية). تميل الحيوانات المنوية إلى السباحة عكس التيار (خواص انسيابية موجبة)، وتكون سرعة حزمة الحيوانات المنوية أقل بكثير مقارنةً بالحيوانات المنوية المفردة. وقد لوحظ أن حزم الحيوانات المنوية تتحرك بشكل حلزوني وتزداد في الطول والسمك مع ازدياد عدد الحيوانات المنوية المفردة التي يتم استقطابها. لوحظت حزم الحيوانات المنوية وهي تقترب وتلتصق بالجدران الجانبية للقنوات الميكروفلويدية لتجنب انجرافها بسرعة تدفق السوائل التي تزيد عن 33 ميكرومتر/ثانية. لوحظت حزم الحيوانات المنوية وهي تقترب وتلتصق بالجدران الجانبية للقنوات الميكروفلويدية لتجنب انجرافها بسرعة تدفق السوائل التي تزيد عن 33 ميكرومتر/ثانية. من المؤكد أن عددًا قليلًا من الحيوانات المنوية يتم إرسالها وتمريرها إلى قنوات الفلورايد الدقيقة الممتلئة من أجل إزالتها التلحيم بأقصى درجة حرارة> 33 مم / ثانية. لوحظ أن حزم الحيوانات المنوية تقترب وتلتصق بالجدران الجانبية للقنوات الميكروفلويدية لتجنب الانجراف بعيدًا عند معدلات تدفق السوائل التي تزيد عن 33 ميكرومتر/ثانية.يمكن أن يصل معدل تدفق المياه إلى 33 ميكرومتر / ثانية.33 ميكرومتر/ثانية. من المؤكد أن العديد من الحيوانات المنوية تنزلق وتتدفق إلى قناة المغذيات الدقيقة الرغوية من أجل إزالتها درجة حرارة الترطيب تصل إلى 33 ملم/ثانية. لوحظ أن حزم الحيوانات المنوية تقترب وتلتصق بالجدران الجانبية للقناة الميكروفلويدية لتجنب انجرافها بفعل تدفق السوائل بسرعة تزيد عن 33 ميكرومتر/ثانية.كشف الفحص المجهري الإلكتروني الماسح والنافذ أن حزم الحيوانات المنوية مدعومة بمادة كثيفة وفيرة. تُظهر البيانات المُستقاة الحركة الفريدة للحيوانات المنوية لدجاج الشاركازي، فضلاً عن قدرتها على التكتل وتشكيل حزم متحركة، مما يُسهم في فهم أفضل لتخزين الحيوانات المنوية على المدى الطويل في تقنية التخزين الميكروبي للحيوانات المنوية.
لتحقيق الإخصاب لدى البشر ومعظم الحيوانات، يجب أن تصل الحيوانات المنوية والبويضات إلى موقع الإخصاب في الوقت المناسب. لذا، يجب أن يحدث التزاوج قبل الإباضة أو في وقتها. من جهة أخرى، تقوم بعض الثدييات، كالكلاب، بالإضافة إلى أنواع أخرى غير ثديية، كالحشرات والأسماك والزواحف والطيور، بتخزين الحيوانات المنوية في أعضائها التناسلية لفترة طويلة حتى تصبح بويضاتها جاهزة للإخصاب (إخصاب غير متزامن). وتستطيع الطيور الحفاظ على حيوية الحيوانات المنوية القادرة على تخصيب البويضات لمدة تتراوح بين أسبوعين وعشرة أسابيع.
تُعدّ هذه سمة فريدة تميز الطيور عن غيرها من الحيوانات، إذ توفر احتمالية عالية للإخصاب بعد تلقيح واحد لعدة أسابيع دون حدوث تزاوج أو إباضة متزامنة. يقع العضو الرئيسي لتخزين الحيوانات المنوية، والذي يُسمى أنبوب تخزين الحيوانات المنوية، في الطيات المخاطية الداخلية عند الوصلة الرحمية المهبلية. وحتى الآن، لم تُفهم تمامًا الآليات التي تدخل بها الحيوانات المنوية إلى بنك الحيوانات المنوية، وتستقر فيه، وتخرج منه. واستنادًا إلى دراسات سابقة، طُرحت العديد من الفرضيات، لكن لم يتم تأكيد أي منها.
افترض فورمان 4 أن الحيوانات المنوية تحافظ على وجودها في تجويف قناة فالوب الصاعدة (SST) من خلال حركة تذبذبية مستمرة عكس اتجاه تدفق السائل عبر قنوات بروتينية موجودة على الخلايا الظهارية لقناة فالوب الصاعدة (علم الريولوجيا). ينضب الأدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP) نتيجةً للنشاط المستمر للسوط اللازم لإبقاء الحيوانات المنوية في تجويف قناة فالوب الصاعدة، وتتراجع حركتها تدريجيًا حتى يحملها تدفق السائل خارجًا وتبدأ رحلة جديدة عبر قناة فالوب الصاعدة لتخصيب البويضة (فورمان 4). يدعم هذا النموذج لتخزين الحيوانات المنوية الكشف عن الأكوابورينات 2 و3 و9 الموجودة في الخلايا الظهارية لقناة فالوب الصاعدة باستخدام الكيمياء المناعية الخلوية. حتى الآن، تفتقر الدراسات إلى معلومات كافية حول ريولوجيا السائل المنوي للدجاج ودورها في تخزين الحيوانات المنوية في قناة فالوب الصاعدة، واختيار الحيوانات المنوية المهبلي، وتنافس الحيوانات المنوية. في الدجاج، تدخل الحيوانات المنوية إلى المهبل بعد التزاوج الطبيعي، ولكن يتم طرد أكثر من 80% منها من المهبل بعد التزاوج بفترة وجيزة. يشير هذا إلى أن المهبل هو الموقع الرئيسي لاختيار الحيوانات المنوية لدى الطيور. بالإضافة إلى ذلك، أفادت التقارير أن أقل من 1% من الحيوانات المنوية المخصبة في المهبل تصل إلى الأنابيب المنوية الثانوية (SSTs2). في التلقيح الاصطناعي للكتاكيت في المهبل، يميل عدد الحيوانات المنوية التي تصل إلى الأنابيب المنوية الثانوية إلى الزيادة بعد 24 ساعة من التلقيح. وحتى الآن، لا تزال آلية اختيار الحيوانات المنوية خلال هذه العملية غير واضحة، وقد تلعب حركة الحيوانات المنوية دورًا هامًا في امتصاصها للأنابيب المنوية الثانوية. نظرًا لجدران قناتي فالوب السميكة والمعتمة، يصعب مراقبة حركة الحيوانات المنوية مباشرةً في قناتي فالوب لدى الطيور. لذلك، نفتقر إلى المعرفة الأساسية حول كيفية انتقال الحيوانات المنوية إلى الأنابيب المنوية الثانوية بعد الإخصاب.
أُقرّ مؤخرًا بأن علم الريولوجيا عاملٌ مهمٌ في التحكم بنقل الحيوانات المنوية في الأعضاء التناسلية للثدييات. واستنادًا إلى قدرة الحيوانات المنوية المتحركة على الهجرة عكس التيار، استخدم زافراني وزملاؤه نظام كورا الميكروفلويدي لعزل الحيوانات المنوية المتحركة بشكل سلبي من عينات السائل المنوي المحفوظة. يُعدّ هذا النوع من فرز السائل المنوي ضروريًا لعلاج العقم الطبي والبحوث السريرية، وهو مُفضّل على الطرق التقليدية التي تستغرق وقتًا وجهدًا كبيرين، وقد تُؤثّر سلبًا على شكل الحيوانات المنوية وسلامتها البنيوية. مع ذلك، لم تُجرَ حتى الآن أي دراسات حول تأثير إفرازات الأعضاء التناسلية للدجاج على حركة الحيوانات المنوية.
بغض النظر عن الآلية التي تحافظ على الحيوانات المنوية المخزنة في حوض التكاثر، لاحظ العديد من الباحثين أن الحيوانات المنوية الموجودة تتكتل رأسًا لرأس في حوض التكاثر لدى الدجاج (9، 10)، والسمان (2)، والديك الرومي (11) لتشكيل حزم منوية متكتلة. ويشير الباحثون إلى وجود صلة بين هذا التكتل وتخزين الحيوانات المنوية على المدى الطويل في حوض التكاثر.
أشار تينغاري ولايك (12) إلى وجود ارتباط قوي بين الحيوانات المنوية في الغدة المستقبلة للحيوانات المنوية لدى الدجاج، وتساءلا عما إذا كانت الحيوانات المنوية للطيور تتكتل بنفس طريقة تكتل الحيوانات المنوية للثدييات. ويعتقد الباحثان أن الروابط الوثيقة بين الحيوانات المنوية في الأسهر قد تعود إلى الضغط الناتج عن وجود عدد كبير من الحيوانات المنوية في حيز صغير.
عند تقييم سلوك الحيوانات المنوية على شرائح زجاجية معلقة حديثة، يمكن ملاحظة علامات عابرة للتكتل، خاصةً على حواف قطرات السائل المنوي. ومع ذلك، غالبًا ما يتعطل التكتل بفعل الحركة الدورانية المصاحبة للحركة المستمرة، مما يفسر الطبيعة العابرة لهذه الظاهرة. كما لاحظ الباحثون أنه عند إضافة المخفف إلى السائل المنوي، ظهرت تجمعات خلوية طويلة تشبه الخيوط.
جرت محاولات مبكرة لمحاكاة الحيوانات المنوية عن طريق إزالة سلك رفيع من قطرة سائل منوي معلقة، مما أدى إلى ظهور حويصلة مستطيلة تشبه الحيوانات المنوية تبرز من قطرة السائل المنوي. اصطفت الحيوانات المنوية فورًا بشكل متوازٍ داخل الحويصلة، لكن الوحدة بأكملها اختفت بسرعة بسبب محدودية الأبعاد الثلاثة. لذلك، لدراسة تكتل الحيوانات المنوية، من الضروري مراقبة حركتها وسلوكها مباشرةً في أنابيب تخزين الحيوانات المنوية المعزولة، وهو أمر يصعب تحقيقه. لذا، من الضروري تطوير جهاز يحاكي الحيوانات المنوية لدعم دراسات حركتها وسلوك تكتلها. أفاد بريلارد وآخرون¹³ أن متوسط ​​طول أنابيب تخزين الحيوانات المنوية في الكتاكيت البالغة يتراوح بين 400 و600 ميكرومتر، لكن بعضها قد يصل طوله إلى 2000 ميكرومتر. قام ميرو وأوغاساوارا (14) بتقسيم الغدد المنوية إلى أنابيب تخزين منوية متضخمة وغير متضخمة، وكلاهما متساويان في الطول (حوالي 500 ميكرومتر) وعرض العنق (حوالي 38 ميكرومتر)، لكن متوسط ​​قطر تجويف الأنابيب كان 56.6 ميكرومتر و56.6 ميكرومتر على التوالي. في هذه الدراسة، استخدمنا جهازًا ميكروفلويديًا بقناة أبعادها 200 ميكرومتر × 20 ميكرومتر (عرض × ارتفاع)، ومقطعها العرضي قريب إلى حد ما من مقطع الأنابيب المنوية المتضخمة. بالإضافة إلى ذلك، فحصنا حركة الحيوانات المنوية وسلوك التكتل في السائل المتدفق، وهو ما يتوافق مع فرضية فورمان القائلة بأن السائل الذي تنتجه الخلايا الظهارية للأنابيب المنوية يُبقي الحيوانات المنوية في التجويف في اتجاه معاكس (ريولوجي).
هدفت هذه الدراسة إلى التغلب على مشاكل رصد حركة الحيوانات المنوية في قناة فالوب، وتجنب صعوبات دراسة خصائصها الريولوجية وسلوكها في بيئة ديناميكية. استُخدم جهاز ميكروفلويدي يُولّد ضغطًا هيدروستاتيكيًا لمحاكاة حركة الحيوانات المنوية في الأعضاء التناسلية للدجاجة.
عند وضع قطرة من عينة منوية مخففة (1:40) في جهاز القناة الدقيقة، أمكن تحديد نوعين من حركة الحيوانات المنوية (حيوانات منوية معزولة وحيوانات منوية مرتبطة). بالإضافة إلى ذلك، تميل الحيوانات المنوية إلى السباحة عكس التيار (خواص انسيابية موجبة؛ الفيديو 1، 2). على الرغم من أن حزم الحيوانات المنوية كانت ذات سرعة أقل من سرعة الحيوانات المنوية المنفردة (p < 0.001)، إلا أنها زادت من نسبة الحيوانات المنوية التي تظهر انجذابًا إيجابيًا (p < 0.001؛ الجدول 2). على الرغم من أن حزم الحيوانات المنوية كانت ذات سرعة أقل من سرعة الحيوانات المنوية المنفردة (p < 0.001)، إلا أنها زادت من نسبة الحيوانات المنوية التي تظهر انجذابًا إيجابيًا (p < 0.001؛ الجدول 2). العديد من الحيوانات المنوية لديها الكثير من الحيوانات المنوية التي لا تحتوي على حيوانات منوية واحدة (p < 0,001), هذه النسبة مرتفعة ردود الفعل السلبية للحيوانات المنوية (P < 0,001 ؛ الجدول 2). على الرغم من أن حزم الحيوانات المنوية كانت ذات سرعة أقل من سرعة الحيوانات المنوية المفردة (p < 0.001)، إلا أنها زادت من نسبة الحيوانات المنوية التي تظهر انجذابًا إيجابيًا (p < 0.001؛ الجدول 2).管精子束的速度低于孤独精子的速度(ص < 0.001) ، قم بقياس حجم البيانات التي تم الحصول عليها (p < 0.001 ； 表 2).يمكن أن يكون لديك خيار آخر غير قابل للاسترداد (p <0.001) , يمكن أن يكون لديك خيار آخر غير قابل للاسترداد百分比 (ع <0.001 ； 2 . . . . . )) )) )) كان عدد الحيوانات المنوية مرتفعًا للغاية بسبب وجود حيوانات منوية فردية (p < 0,001), وقد زادت نسبة الحيوانات المنوية هذه с полозительной еологией (p < 0,001; الجدول 2). على الرغم من أن سرعة حزم الحيوانات المنوية كانت أقل من سرعة الحيوانات المنوية المفردة (p < 0.001)، إلا أنها زادت من نسبة الحيوانات المنوية ذات الخصائص الريولوجية الإيجابية (p < 0.001؛ الجدول 2).تشير التقديرات إلى أن الخواص الريولوجية الإيجابية للحيوانات المنوية المفردة والخصلات تبلغ حوالي 53٪ و 85٪ على التوالي.
لوحظ أن الحيوانات المنوية لدجاج الشاركاسي تُشكّل حزمًا خطية، تتألف من عشرات الحيوانات المنوية، فور قذفها. تزداد هذه الحزم طولًا وسماكةً مع مرور الوقت، وقد تبقى في المختبر لعدة ساعات قبل أن تتلاشى (الفيديو 3). تشبه هذه الحزم الخيطية شكل الحيوانات المنوية لحيوان الإيكيدنا التي تتشكل في نهاية البربخ. وُجد أن سائل منوي دجاج الشاركاسي يميل بشدة إلى التكتل وتشكيل حزمة شبكية في أقل من دقيقة واحدة بعد جمعه. هذه الحزم ديناميكية وقادرة على الالتصاق بأي جدران قريبة أو أجسام ثابتة. على الرغم من أن حزم الحيوانات المنوية تُقلل من سرعة الحيوانات المنوية، إلا أنه من الواضح أنها تزيد من استقامتها على المستوى العياني. يختلف طول الحزم تبعًا لعدد الحيوانات المنوية المجمعة فيها. تم عزل جزأين من الحزمة: الجزء الأولي، الذي يشمل الرأس الحر للحيوانات المنوية المتكتلة، والجزء النهائي، الذي يشمل الذيل والنهاية البعيدة الكاملة للحيوانات المنوية. باستخدام كاميرا عالية السرعة (950 إطارًا في الثانية)، لوحظت رؤوس حرة من الحيوانات المنوية المتجمعة في الجزء الأول من الحزمة، وهي المسؤولة عن حركة الحزمة بفعل حركتها التذبذبية، حيث تسحب الرؤوس المتبقية إلى داخل الحزمة بحركة حلزونية (الفيديو 4). مع ذلك، في الخصلات الطويلة، لوحظ أن بعض رؤوس الحيوانات المنوية الحرة تلتصق بجسم الحيوان المنوي، وأن الجزء الطرفي من الخصلة يعمل كزعانف تساعد على دفعها.
أثناء التدفق البطيء للسائل، تتحرك حزم الحيوانات المنوية بشكل متوازٍ، لكنها تبدأ بالتداخل والالتصاق بكل ما هو ساكن، حتى لا تجرفها تيارات الماء مع ازدياد سرعة التدفق. تتشكل هذه الحزم عندما تقترب مجموعة من الحيوانات المنوية من بعضها، فتبدأ بالتحرك بتزامن والالتفاف حول بعضها، ثم تلتصق بمادة لزجة. يوضح الشكلان 1 و2 كيفية اقتراب الحيوانات المنوية من بعضها، مُشكلةً نقطة التقاء عندما تلتف ذيولها حول بعضها.
استخدم الباحثون ضغطًا هيدروستاتيكيًا لتوليد تدفق سائل في قناة دقيقة لدراسة خواص انسياب الحيوانات المنوية. استُخدمت قناة دقيقة بأبعاد 200 ميكرومتر × 20 ميكرومتر (عرض × ارتفاع) وطول 3.6 ميكرومتر. وُضعت القنوات الدقيقة بين حاويات مزودة بمحاقن في نهاياتها. استُخدمت ألوان غذائية لجعل القنوات أكثر وضوحًا.
قم بتثبيت كابلات التوصيل والملحقات على الحائط. تم تصوير الفيديو باستخدام مجهر التباين الطوري. مع كل صورة، يتم عرض صور مجهر التباين الطوري وصور التخطيط. (أ) يقاوم الاتصال بين تيارين التدفق بسبب الحركة الحلزونية (السهم الأحمر). (ب) الاتصال بين حزمة الأنابيب وجدار القناة (الأسهم الحمراء)، وفي الوقت نفسه، تتصل هذه الحزمة بحزمتين أخريين (الأسهم الصفراء). (ج) تبدأ حزم الحيوانات المنوية في القناة الميكروفلويدية بالاتصال ببعضها البعض (الأسهم الحمراء)، لتشكل شبكة من حزم الحيوانات المنوية. (د) تكوين شبكة من حزم الحيوانات المنوية.
عند وضع قطرة من السائل المنوي المخفف في جهاز الموائع الدقيقة وتوليد تيار، لوحظ أن حزمة الحيوانات المنوية تتحرك عكس اتجاه التيار. تلتصق حزم الحيوانات المنوية بجدران القنوات الدقيقة بإحكام، كما تلتصق رؤوسها الحرة في الجزء الأول منها بها بإحكام (الفيديو 5). وتلتصق أيضًا بأي جسيمات ثابتة في مسارها، مثل الحطام، لمقاومة انجرافها مع التيار. بمرور الوقت، تتحول هذه الحزم إلى خيوط طويلة تحاصر حيوانات منوية أخرى منفردة وحزمًا أقصر (الفيديو 6). ومع بدء تباطؤ التدفق، تبدأ خطوط طويلة من الحيوانات المنوية بتشكيل شبكة من خطوط الحيوانات المنوية (الفيديو 7؛ الشكل 2).
عند سرعة تدفق عالية (V > 33 ميكرومتر/ثانية)، تزداد الحركات الحلزونية للخيوط كمحاولة لالتقاط العديد من الحيوانات المنوية الفردية التي تشكل حزمًا تقاوم بشكل أفضل قوة انجراف التدفق. عند سرعة تدفق عالية (V > 33 ميكرومتر/ثانية)، تزداد الحركات الحلزونية للخيوط كمحاولة لالتقاط العديد من الحيوانات المنوية الفردية التي تشكل حزمًا تقاوم بشكل أفضل قوة انجراف التدفق. عندما يكون العمق عاليًا (V > 33 مم/ث)، لا يتم استخدام أي أسلاك حلزونية بعد أن يؤدي ذلك إلى إعاقة الكثير من الأشياء الحيوانات المنوية الرائعة، الأكياس المانعة للتسرب، التي من الأفضل أن تكون مقاومة للسيلان المتدفقة. عند معدلات التدفق العالية (V > 33 ميكرومتر/ثانية)، تزداد الحركات الحلزونية للخيوط لأنها تحاول التقاط العديد من الحيوانات المنوية الفردية التي تشكل حزمًا قادرة بشكل أفضل على مقاومة قوة انجراف التدفق.在高流速(V > 33 ميكرومتر/ثانية) يمكن أن يكون الأمر صعبًا بالنسبة لك إذا كنت ترغب في ذلك لا داعي للقلق بشأن هذا الأمر.أقصى سرعة (v> 33 ميكرومتر/ثانية) هذا هو السبب في ذلك. مع ارتفاع درجات الحرارة (V > 33 مم/ث) لا يتم تعزيز أي أسلاك حلزونية في الاتجاه الذي يؤدي إلى تزايد كبير الحيوانات المنوية، أكياس ملوثة، من أجل أفضل حماية لسيلام دريفا. عند معدلات التدفق العالية (V > 33 ميكرومتر/ثانية)، تزداد الحركة الحلزونية للخيوط في محاولة لالتقاط العديد من الحيوانات المنوية الفردية التي تشكل حزمًا لمقاومة قوى الانجراف للتدفق بشكل أفضل.كما حاولوا أيضاً تثبيت قنوات دقيقة على الجدران الجانبية.
تم تحديد حزم الحيوانات المنوية على أنها تجمعات من رؤوس الحيوانات المنوية وذيولها الملتفة باستخدام المجهر الضوئي. كما تم تحديد حزم الحيوانات المنوية ذات التجمعات المختلفة على أنها رؤوس ملتوية وتجمعات سوطية، وذيول حيوانات منوية متعددة ملتحمة، ورؤوس حيوانات منوية متصلة بذيل، ورؤوس حيوانات منوية ذات أنوية منحنية على أنها أنوية متعددة ملتحمة. أظهر الفحص المجهري الإلكتروني النافذ أن حزم الحيوانات المنوية عبارة عن تجمعات مغلفة من رؤوس الحيوانات المنوية، وأن تجمعات الحيوانات المنوية تُظهر شبكة متصلة من الذيول الملتفة.
تمت دراسة مورفولوجيا وبنية الحيوانات المنوية الدقيقة، وتكوين حزم الحيوانات المنوية باستخدام المجهر الضوئي (نصف مقطع)، والمجهر الإلكتروني الماسح (SEM) والمجهر الإلكتروني النافذ (TEM)، وتم تلوين مسحات الحيوانات المنوية ببرتقالي الأكريدين وفحصها باستخدام مجهر التألق الضوئي.
أظهر تلوين مسحة الحيوانات المنوية بصبغة الأكريدين البرتقالي (الشكل 3ب) أن رؤوس الحيوانات المنوية ملتصقة ببعضها ومغطاة بمادة إفرازية، مما أدى إلى تكوين خصلات كبيرة (الشكل 3د). تتكون حزم الحيوانات المنوية من تجمعات للحيوانات المنوية مع شبكة من الذيول المتصلة بها (الشكل 4أ-ج). تتكون حزم الحيوانات المنوية من ذيول العديد من الحيوانات المنوية الملتصقة ببعضها (الشكل 4د). غطت الإفرازات (الشكل 4هـ، و) رؤوس حزم الحيوانات المنوية.
تكوين حزمة الحيوانات المنوية: باستخدام المجهر الضوئي ذي التباين الطوري ومسحات الحيوانات المنوية المصبوغة بصبغة الأكريدين البرتقالي، تبين أن رؤوس الحيوانات المنوية تلتصق ببعضها. (أ) يبدأ تكوين حزمة الحيوانات المنوية المبكرة بحيوان منوي واحد (دائرة بيضاء) وثلاثة حيوانات منوية (دائرة صفراء)، حيث يبدأ الشكل الحلزوني من الذيل وينتهي عند الرأس. (ب) صورة مجهرية لمسحة منوية مصبوغة بصبغة الأكريدين البرتقالي تُظهر رؤوس الحيوانات المنوية الملتصقة (الأسهم). يغطي السائل المتدفق الرأس (الرؤوس). التكبير: 1000×. (ج) تطور حزمة كبيرة تنتقل بفعل التدفق في قناة ميكروفلويدية (باستخدام كاميرا عالية السرعة بسرعة 950 إطارًا في الثانية). (د) صورة مجهرية لمسحة منوية مصبوغة بصبغة الأكريدين البرتقالي تُظهر حزمًا كبيرة (الأسهم). التكبير: 200×.
صورة مجهرية إلكترونية ماسحة لحزمة من الحيوانات المنوية ومسحة منوية مصبوغة بصبغة الأكريدين البرتقالي. (أ، ب، د، هـ) صور مجهرية إلكترونية ماسحة ملونة رقمية للحيوانات المنوية، بينما (ج، و) صورتان مجهريتان لمسحات منوية مصبوغة بصبغة الأكريدين البرتقالي تُظهران التصاق العديد من الحيوانات المنوية التي تُحيط بالشبكة الذيلية. (أ، ج) تظهر تجمعات الحيوانات المنوية كشبكة من الذيول المتصلة (الأسهم). (د) التصاق العديد من الحيوانات المنوية (مع مادة لاصقة، مُحددة باللون الوردي، سهم) تُحيط بالذيل. (هـ، و) تجمعات رؤوس الحيوانات المنوية (مؤشرات) مُغطاة بمادة لاصقة (مؤشرات). شكلت الحيوانات المنوية حزمًا ذات تراكيب دوامية الشكل (و). (ج) تكبير 400× و(و) تكبير 200×.
باستخدام المجهر الإلكتروني النافذ، وجدنا أن حزم الحيوانات المنوية تحتوي على ذيول متصلة (الشكل 6أ، ج)، أو رؤوس متصلة بالذيول (الشكل 6ب)، أو رؤوس متصلة بالذيول (الشكل 6د). رؤوس الحيوانات المنوية في الحزمة منحنية، وتظهر في المقطع منطقتين نوويتين (الشكل 6د). أما في حزمة القطع، فكانت رؤوس الحيوانات المنوية ملتوية وتحتوي على منطقتين نوويتين وعدة مناطق سوطية (الشكل 5أ).
صورة مجهرية إلكترونية ملونة رقمية تُظهر ذيول الحيوانات المنوية المتصلة في حزمة الحيوانات المنوية والمادة اللاصقة التي تربط رؤوسها. (أ) ذيل متصل لعدد كبير من الحيوانات المنوية. لاحظ كيف يبدو الذيل في كل من الإسقاط الرأسي (السهم) والأفقي (السهم). (ب) رأس الحيوان المنوي (السهم) متصل بالذيل (السهم). (ج) عدة ذيول منوية (أسهم) متصلة. (د) المادة اللاصقة (AS، أزرق) تربط أربعة رؤوس منوية (بنفسجي).
استُخدم المجهر الإلكتروني الماسح للكشف عن رؤوس الحيوانات المنوية في حزم الحيوانات المنوية المغطاة بإفرازات أو أغشية (الشكل 6ب)، مما يشير إلى أن حزم الحيوانات المنوية مُثبّتة بواسطة مادة خارج خلوية. تركزت المادة المتكتلة في رأس الحيوان المنوي (تجمع يشبه رأس قنديل البحر؛ الشكل 5ب) وامتدت باتجاه الطرف البعيد، مما أعطى مظهرًا أصفرًا ساطعًا تحت المجهر الفلوري عند تلوينها بصبغة الأكريدين البرتقالي (الشكل 6ج). هذه المادة مرئية بوضوح تحت المجهر الماسح وتُعتبر مادة رابطة. أظهرت المقاطع شبه الرقيقة (الشكل 5ج) ومسحات الحيوانات المنوية المصبوغة بصبغة الأكريدين البرتقالي حزمًا منوية تحتوي على رؤوس متراصة بكثافة وذيول ملتفة (الشكل 5د).
صور مجهرية متنوعة تُظهر تجمع رؤوس الحيوانات المنوية وذيولها المطوية باستخدام طرق مختلفة. (أ) صورة مجهرية إلكترونية رقمية ملونة لمقطع عرضي لحزمة من الحيوانات المنوية تُظهر رأس حيوان منوي ملتفًا بنواة ثنائية الأجزاء (أزرق) وعدة أجزاء سوطية (أخضر). (ب) صورة مجهرية إلكترونية رقمية ملونة تُظهر مجموعة من رؤوس الحيوانات المنوية الشبيهة بقناديل البحر (الأسهم) والتي تبدو مغطاة. (ج) مقطع شبه رقيق يُظهر تجمع رؤوس الحيوانات المنوية (الأسهم) وذيولها الملتفة (الأسهم). (د) صورة مجهرية لمسحة منوية مصبوغة بصبغة الأكريدين البرتقالي تُظهر تجمعات رؤوس الحيوانات المنوية (الأسهم) وذيولها الملتفة الملتصقة (الأسهم). لاحظ أن مادة لزجة (S) تُغطي رأس الحيوان المنوي. (د) تكبير × 1000.
باستخدام المجهر الإلكتروني النافذ (الشكل 7أ)، لوحظ أيضًا أن رؤوس الحيوانات المنوية كانت ملتوية وأن النوى لها شكل حلزوني، كما تم تأكيده من خلال مسحات الحيوانات المنوية المصبوغة بالأكريدين البرتقالي وفحصها باستخدام المجهر الفلوري (الشكل 7ب).
(أ) صورة مجهرية إلكترونية رقمية ملونة، و(ب) مسحة منوية مصبوغة بصبغة الأكريدين البرتقالي تُظهر رؤوسًا ملتفة وارتباط رؤوس الحيوانات المنوية بذيولها (الأسهم). (ب) تكبير 1000 مرة.
ومن النتائج المثيرة للاهتمام أن حيوانات شاركازي المنوية تتجمع لتشكل حزمًا خيطية متحركة. وتتيح لنا خصائص هذه الحزم فهم دورها المحتمل في امتصاص وتخزين الحيوانات المنوية في الجهاز النخاعي السطحي.
بعد التزاوج، تدخل الحيوانات المنوية إلى المهبل وتخضع لعملية انتقاء دقيقة، مما يؤدي إلى دخول عدد محدود منها فقط إلى خزان الحيوانات المنوية (SST)^15،16. وحتى الآن، لا تزال آليات دخول الحيوانات المنوية وخروجها من خزان الحيوانات المنوية غير واضحة. في الدواجن، تُخزن الحيوانات المنوية في خزان الحيوانات المنوية لفترة طويلة تتراوح بين أسبوعين وعشرة أسابيع، وذلك حسب النوع⁶. ولا يزال الجدل قائمًا حول حالة السائل المنوي أثناء تخزينه في خزان الحيوانات المنوية. هل هي في حالة حركة أم سكون؟ بعبارة أخرى، كيف تحافظ الحيوانات المنوية على موقعها في خزان الحيوانات المنوية لهذه المدة الطويلة؟
اقترح فورمان (4) أن بقاء الحيوانات المنوية في قناة فالوب وخروجها منها يمكن تفسيره من خلال حركتها. يفترض الباحثون أن الحيوانات المنوية تحافظ على موقعها بالسباحة عكس تدفق السائل الذي تُحدثه ظهارة قناة فالوب، وأنها تُقذف منها عندما تنخفض سرعتها إلى ما دون النقطة التي تبدأ عندها بالتحرك للخلف بسبب نقص الطاقة. أكد زانيبوني (5) وجود الأكوابورينات 2 و3 و9 في الجزء القمي من خلايا ظهارة قناة فالوب، مما قد يدعم بشكل غير مباشر نموذج فورمان لتخزين الحيوانات المنوية. في هذه الدراسة، وجدنا أن ما يقرب من نصف الحيوانات المنوية لطائر الشاركاشي تُظهر انسيابية موجبة في السائل المتدفق، وأن تكتل حزم الحيوانات المنوية يزيد من عدد الحيوانات المنوية التي تُظهر انسيابية موجبة، على الرغم من أن التكتل يُبطئ حركتها. لا يزال فهم كيفية انتقال الحيوانات المنوية عبر قناة فالوب للطائر إلى موقع الإخصاب غير مكتمل. في الثدييات، يجذب السائل الجريبي الحيوانات المنوية كيميائيًا. ومع ذلك، يُعتقد أن عوامل الجذب الكيميائي توجه الحيوانات المنوية للاقتراب لمسافات طويلة.⁷ لذا، توجد آليات أخرى مسؤولة عن نقل الحيوانات المنوية. وقد ذُكر أن قدرة الحيوانات المنوية على التوجه والتدفق عكس اتجاه سائل قناة فالوب المُفرز بعد التزاوج تُعد عاملًا رئيسيًا في استهداف الحيوانات المنوية في الفئران. اقترح باركر¹⁷ أن الحيوانات المنوية تعبر قناتي فالوب بالسباحة عكس التيار الهدبي في الطيور والزواحف. على الرغم من عدم إثبات ذلك تجريبيًا في الطيور، كان أدولفي¹⁸ أول من اكتشف أن الحيوانات المنوية للطيور تُعطي نتائج إيجابية عند تكوين طبقة رقيقة من السائل بين غطاء الشريحة والغطاء الزجاجي باستخدام شريط من ورق الترشيح. علم الريولوجيا: وضع هينو وياناغيماتشي¹⁹ مُركب مبيض-قناة فالوب-رحم فأر في حلقة ترشيح وحقنا 1 ميكرولتر من الحبر في البرزخ لتصوير تدفق السائل في قناتي فالوب. لاحظ الباحثون حركة انقباض وانبساط نشطة للغاية في قناة فالوب، حيث كانت جميع الكرات المنوية تتحرك بثبات نحو أمبولة القناة. ويؤكد الباحثون على أهمية تدفق السائل في القناة من الجزء السفلي إلى الجزء العلوي لضمان وصول الحيوانات المنوية إلى البويضة وتخصيبها. وقد ذكر بريلارد (20) أن الحيوانات المنوية في الدجاج والديك الرومي تهاجر بحركة نشطة من مدخل المهبل، حيث تُخزن، إلى الوصلة الرحمية المهبلية، حيث تُخزن أيضًا. ومع ذلك، فإن هذه الحركة غير ضرورية بين الوصلة الرحمية المهبلية وقمع القناة، لأن الحيوانات المنوية تُنقل عن طريق الإزاحة السلبية. وبناءً على هذه التوصيات السابقة والنتائج التي تم الحصول عليها في هذه الدراسة، يمكن افتراض أن قدرة الحيوانات المنوية على التحرك عكس التيار (الخواص الريولوجية) هي إحدى الخصائص التي تُبنى عليها عملية الانتقاء. وهذا ما يحدد مرور الحيوانات المنوية عبر المهبل ودخولها إلى قناة فالوب المركزية للتخزين. كما اقترح فورمان4، قد يسهل هذا أيضًا عملية دخول الحيوانات المنوية إلى منطقة SST وموطنها لفترة من الوقت ثم الخروج عندما تبدأ سرعتها في التباطؤ.
من جهة أخرى، أشار ماتسوزاكي وساسانامي (21) إلى أن الحيوانات المنوية للطيور تخضع لتغيرات في حركتها، من حالة السكون إلى حالة الحركة، في الجهاز التناسلي الذكري والأنثوي. وقد اقتُرح تثبيط حركة الحيوانات المنوية الموجودة في حوض التخزين (SST) لتفسير طول فترة تخزينها، ثم تجددها بعد مغادرتها هذا الحوض. وفي ظل ظروف نقص الأكسجين، أفاد ماتسوزاكي وآخرون (1) بزيادة إنتاج وإطلاق اللاكتات في حوض التخزين، مما قد يؤدي إلى تثبيط حركة الحيوانات المنوية الموجودة فيه. في هذه الحالة، تتجلى أهمية خواص تدفق الحيوانات المنوية في اختيارها وامتصاصها، وليس في تخزينها.
يُعتبر نمط تكتل الحيوانات المنوية تفسيرًا محتملاً لفترة التخزين الطويلة للحيوانات المنوية في قناة فالوب، إذ يُعدّ هذا النمط شائعًا في الدواجن^2،22،23. لاحظ باكست وآخرون² أن معظم الحيوانات المنوية تلتصق ببعضها، مُشكّلةً تجمعات حزمية، ونادرًا ما وُجدت حيوانات منوية منفردة في قناة فالوب لدى طيور السمان. من جهة أخرى، لاحظ وين وآخرون²⁴ وجود حيوانات منوية أكثر تشتتًا وقلة في تجمعاتها في تجويف قناة فالوب لدى الدجاج. بناءً على هذه الملاحظات، يُمكن افتراض أن ميل الحيوانات المنوية للتكتل يختلف بين الطيور وبين الحيوانات المنوية في القذفة الواحدة. إضافةً إلى ذلك، أشار فان كري وآخرون⁹ إلى أن التفكك العشوائي للحيوانات المنوية المتكتلة هو المسؤول عن التغلغل التدريجي للحيوانات المنوية في تجويف قناة فالوب. وفقًا لهذه الفرضية، ينبغي طرد الحيوانات المنوية ذات القدرة المنخفضة على التكتل من جهاز التلقيح أولًا. في هذا السياق، قد تكون قدرة الحيوانات المنوية على التكتل عاملًا مؤثرًا في نتيجة تنافس الحيوانات المنوية لدى الطيور غير النظيفة. إضافةً إلى ذلك، كلما طالت مدة انفصال الحيوانات المنوية المتكتلة، طالت مدة الحفاظ على الخصوبة.
على الرغم من رصد تكتل الحيوانات المنوية وتجمعها في حزم في العديد من الدراسات^2،22،24، إلا أنها لم تُوصف بالتفصيل نظرًا لصعوبة رصد حركتها داخل جهاز فصل الحيوانات المنوية. وقد بُذلت عدة محاولات لدراسة تكتل الحيوانات المنوية في المختبر. لوحظ تكتل واسع النطاق ولكنه عابر عند إزالة السلك الرفيع من قطرة السائل المنوي المعلقة. يؤدي هذا إلى بروز فقاعة مستطيلة من القطرة، تحاكي الغدة المنوية. ونظرًا للقيود ثلاثية الأبعاد وقصر مدة التجفيف بالتقطير، تدهورت حالة الكتلة بأكملها بسرعة⁹. في هذه الدراسة، وباستخدام دجاج شاركاشي ورقائق الموائع الدقيقة، تمكنا من وصف كيفية تشكل هذه الحزم وكيفية تحركها. تشكلت حزم الحيوانات المنوية مباشرة بعد جمع السائل المنوي، ووُجد أنها تتحرك بشكل حلزوني، مُظهرةً خواص انسيابية موجبة عند وجودها في التدفق. علاوة على ذلك، عند النظر إليها بالعين المجردة، لوحظ أن حزم الحيوانات المنوية تزيد من خطية الحركة مقارنةً بالحيوانات المنوية المنفردة. يشير هذا إلى أن تكتل الحيوانات المنوية قد يحدث قبل اختراق موقع التخزين، وأن إنتاج الحيوانات المنوية لا يقتصر على منطقة صغيرة بسبب الإجهاد كما كان يُعتقد سابقًا (تينغاري وليك 12). أثناء تكوين الخصلة، تسبح الحيوانات المنوية بتزامن حتى تتشكل وصلة، ثم تلتف ذيولها حول بعضها ويبقى رأس الحيوان المنوي حرًا، بينما يلتصق الذيل والجزء البعيد من الحيوان المنوي بمادة لزجة. لذلك، فإن الرأس الحر للرباط هو المسؤول عن الحركة، حيث يسحب باقي الرباط. أظهر الفحص المجهري الإلكتروني الماسح لحزم الحيوانات المنوية رؤوسًا متصلة مغطاة بكمية كبيرة من المادة اللزجة، مما يشير إلى أن رؤوس الحيوانات المنوية كانت متصلة في حزم ساكنة، وهو ما قد يكون حدث بعد الوصول إلى موقع التخزين.
عند تلوين مسحة منوية بصبغة الأكريدين البرتقالي، يمكن رؤية مادة لاصقة خارج خلوية تحيط بالحيوانات المنوية تحت المجهر الفلوري. تسمح هذه المادة لحزم الحيوانات المنوية بالالتصاق بأي أسطح أو جزيئات محيطة بها، مما يمنعها من الانجراف مع التيار المحيط. وبالتالي، تُظهر ملاحظاتنا دور التصاق الحيوانات المنوية على شكل حزم متحركة. إن قدرتها على السباحة عكس التيار والالتصاق بالأسطح القريبة تُمكنها من البقاء لفترة أطول في منطقة التداخل بين التيار والسطح.
استخدم روتشيلد (25) كاميرا قياس خلايا الدم لدراسة توزيع السائل المنوي للأبقار في قطرة من المعلق، والتقط صورًا مجهرية باستخدام كاميرا ذات محورين بصريين رأسي وأفقي للمجهر. أظهرت النتائج انجذاب الحيوانات المنوية إلى سطح الحجرة. ويرجح الباحثون وجود تفاعلات هيدروديناميكية بين الحيوانات المنوية والسطح. وبناءً على ذلك، بالإضافة إلى قدرة سائل منوي دجاج شاركاشي على تكوين خصلات لزجة، قد يزيد ذلك من احتمالية التصاق السائل المنوي بجدار حجرة التخزين وتخزينه لفترات طويلة.
أفاد كلٌّ من بيكيتي وأفزيلو (26) أنَّ الغلاف السكري للحيوانات المنوية ضروريٌّ للتعرّف على الأمشاج وتكتلها. ولاحظ فورمان (10) أنَّ تحلُّل الروابط الغليكوسيدية ألفا في أغلفة البروتين السكري-الدهن السكري، عن طريق معالجة السائل المنوي للطيور بالنيورامينيداز، أدّى إلى انخفاض الخصوبة دون التأثير على حركة الحيوانات المنوية. ويشير الباحثون إلى أنَّ تأثير النيورامينيداز على الغلاف السكري يُضعف احتجاز الحيوانات المنوية عند الوصلة الرحمية المهبلية، ممّا يُقلِّل الخصوبة. ولا يُمكن تجاهل احتمال أنَّ معالجة النيورامينيداز قد تُقلِّل من التعرّف بين الحيوانات المنوية والبويضات. ووجد فورمان وإنجل (10) أنَّ الخصوبة انخفضت عند تلقيح الدجاجات داخل المهبل بسائل منوي مُعالَج بالنيورامينيداز. ومع ذلك، لم يُؤثِّر التلقيح الاصطناعي باستخدام الحيوانات المنوية المُعالَجة بالنيورامينيداز على الخصوبة مُقارنةً بالدجاج غير المُعالَج. وخلص المؤلفون إلى أن التغيرات في غلاف البروتين السكري والدهون السكرية حول غشاء الحيوانات المنوية تقلل من قدرة الحيوانات المنوية على الإخصاب عن طريق إعاقة احتجاز الحيوانات المنوية عند الوصلة الرحمية المهبلية، مما يزيد بدوره من فقدان الحيوانات المنوية بسبب سرعة الوصلة الرحمية المهبلية، ولكنه لا يؤثر على التعرف بين الحيوانات المنوية والبويضة.
وجد باكست وباوشان (11) في الديك الرومي حويصلات صغيرة وشظايا غشائية في تجويف القناة المنوية، ولاحظا أن بعض هذه الحبيبات قد اندمجت مع غشاء الحيوانات المنوية. ويشير الباحثان إلى أن هذه العلاقات قد تُسهم في تخزين الحيوانات المنوية على المدى الطويل في القناة المنوية. مع ذلك، لم يُحدد الباحثان مصدر هذه الجسيمات، سواء أكانت تُفرزها الخلايا الظهارية للقناة المنوية المركزية، أم تُنتجها وتُفرزها الجهاز التناسلي الذكري، أم تُنتجها الحيوانات المنوية نفسها. كما أن هذه الجسيمات مسؤولة عن التكتل. أفاد غروتزنر وآخرون (27) أن الخلايا الظهارية للبربخ تُنتج وتُفرز بروتينًا مُحددًا ضروريًا لتكوين القنوات المنوية أحادية المسام. كما أفاد الباحثون أن تشتت هذه الحزم يعتمد على تفاعل بروتينات البربخ. ووجد نيكسون وآخرون (28) أن الملحقات تُفرز بروتينًا، وهو الأوستيونيكتين الحمضي الغني بالسيستين. يشارك بروتين SPARC في تكوين خصلات الحيوانات المنوية لدى حيواني الإيكيدنا قصيري المنقار وخلد الماء. ويرتبط تشتت هذه الحزم بفقدان هذا البروتين.
في هذه الدراسة، أظهر التحليل البنيوي الدقيق باستخدام المجهر الإلكتروني أن الحيوانات المنوية تلتصق بكمية كبيرة من مادة كثيفة. يُعتقد أن هذه المواد مسؤولة عن التكتل الذي يتكثف بين رؤوس الحيوانات المنوية الملتصقة وحولها، ولكن بتراكيز أقل في منطقة الذيل. نفترض أن هذه المادة المُتكتلة تُفرز من الجهاز التناسلي الذكري (البربخ أو الأسهر) مع السائل المنوي، حيث نلاحظ غالبًا انفصال السائل المنوي عن اللمف والبلازما المنوية أثناء القذف. وقد ذُكر أن الحيوانات المنوية للطيور، أثناء مرورها عبر البربخ والأسهر، تخضع لتغيرات مرتبطة بالنضج تدعم قدرتها على الارتباط بالبروتينات واكتساب البروتينات السكرية المرتبطة بغشاء البلازما. يشير استمرار وجود هذه البروتينات على أغشية الحيوانات المنوية الموجودة في منطقة التكاثر إلى أن هذه البروتينات قد تؤثر على اكتساب استقرار غشاء الحيوانات المنوية³⁰ وتحدد خصوبتها³¹. أفاد أحمد وآخرون 32 أن الحيوانات المنوية التي تم الحصول عليها من أجزاء مختلفة من الجهاز التناسلي الذكري (من الخصيتين إلى الأسهر البعيد) أظهرت زيادة تدريجية في الحيوية في ظل ظروف التخزين السائل، بغض النظر عن درجة حرارة التخزين، كما أن الحيوية في الدجاج تزداد أيضًا في قناتي فالوب بعد التلقيح الاصطناعي.
تختلف خصائص ووظائف خصلات الحيوانات المنوية في دجاج الشاركاسي عن تلك الموجودة في أنواع أخرى مثل آكل النمل الشوكي، وخُلد الماء، وفأر الخشب، وجرذان الغزلان، وخنازير غينيا. في دجاج الشاركاسي، أدى تكوين حزم الحيوانات المنوية إلى تقليل سرعة سباحتها مقارنةً بالحيوانات المنوية المفردة. مع ذلك، زادت هذه الحزم من نسبة الحيوانات المنوية ذات الخواص الريولوجية الإيجابية، وعززت قدرة الحيوانات المنوية على تثبيت نفسها في بيئة ديناميكية. وبذلك، تؤكد نتائجنا الاقتراح السابق بأن تكتل الحيوانات المنوية في خصلات الحيوانات المنوية يرتبط بتخزينها على المدى الطويل. نفترض أيضًا أن ميل الحيوانات المنوية لتكوين خصلات قد يتحكم في معدل فقدانها في خصلات الحيوانات المنوية، مما قد يغير نتيجة تنافس الحيوانات المنوية. وفقًا لهذا الافتراض، تُطلق الحيوانات المنوية ذات القدرة المنخفضة على التكتل خصلات الحيوانات المنوية أولًا، بينما تُنتج الحيوانات المنوية ذات القدرة العالية على التكتل معظم النسل. يُعد تكوين حزم الحيوانات المنوية أحادية المسام مفيدًا ويؤثر على نسبة الأبوين إلى النسل، ولكنه يستخدم آلية مختلفة. في حيواني الإيكيدنا وخُلد الماء، تترتب الحيوانات المنوية بشكل متوازٍ لزيادة سرعة اندفاعها. تتحرك حزم الإيكيدنا أسرع بثلاث مرات تقريبًا من الحيوانات المنوية المفردة. يُعتقد أن تكوين هذه الحزم من الحيوانات المنوية في الإيكيدنا هو تكيف تطوري للحفاظ على الهيمنة، نظرًا لأن الإناث متعددة التزاوج وتتزاوج عادةً مع عدة ذكور. لذلك، تتنافس الحيوانات المنوية من قذفات مختلفة بشدة لتخصيب البويضة.
يسهل تصوير الحيوانات المنوية المتراصة لدجاج القرشي باستخدام مجهر التباين الطوري، وهو ما يُعد ميزةً لأنه يُسهّل دراسة سلوك الحيوانات المنوية في المختبر. كما أن آلية تكوين خصلات الحيوانات المنوية التي تُعزز التكاثر في دجاج القرشي تختلف عن تلك الموجودة في بعض الثدييات المشيمية التي تُظهر سلوكًا تعاونيًا للحيوانات المنوية، مثل فئران الخشب، حيث تصل بعض الحيوانات المنوية إلى البويضات، مما يُساعد الأفراد الآخرين ذوي الصلة على الوصول إلى بويضاتها وإتلافها. وقد وُجد مثال آخر على السلوك التعاوني في الحيوانات المنوية لدى فئران الغزلان، حيث استطاعت الحيوانات المنوية التعرّف على الحيوانات المنوية الأكثر صلةً بها جينيًا والاندماج معها، وتشكيل مجموعات تعاونية لزيادة سرعتها مقارنةً بالحيوانات المنوية غير ذات الصلة.
لا تتعارض النتائج التي تم الحصول عليها في هذه الدراسة مع نظرية فومان حول التخزين طويل الأمد للحيوانات المنوية في قناة فالوب. أفاد الباحثون أن الحيوانات المنوية تستمر في الحركة مع تدفق الخلايا الظهارية المبطنة لقناة فالوب لفترة طويلة، وبعد فترة معينة، تنضب مخازن الطاقة لديها، مما يؤدي إلى انخفاض سرعتها، وهو ما يسمح بطرد جزيئات صغيرة الوزن الجزيئي. في هذه الدراسة، لاحظنا أن نصف الحيوانات المنوية المفردة أظهرت القدرة على السباحة عكس اتجاه السوائل المتدفقة، وأن التصاقها في الحزمة زاد من قدرتها على إظهار انسيابية إيجابية. علاوة على ذلك، تتوافق بياناتنا مع بيانات ماتسوزاكي وآخرون¹ الذين أفادوا بأن زيادة إفراز اللاكتات في قناة فالوب قد تثبط حركة الحيوانات المنوية الموجودة فيها. مع ذلك، تصف نتائجنا تكوين أربطة الحيوانات المنوية المتحركة وسلوكها الريولوجي في بيئة ديناميكية داخل قناة دقيقة، وذلك في محاولة لتوضيح سلوكها في نظام التخزين الحراري للحيوانات المنوية. قد تركز الأبحاث المستقبلية على تحديد التركيب الكيميائي وأصل عامل التجميع، مما سيساعد الباحثين بلا شك على تطوير طرق جديدة لتخزين السائل المنوي وزيادة مدة الخصوبة.
تم اختيار خمسة عشر ذكراً من دجاج الشركسي ذي العنق العاري (متماثل الجينات السائدة؛ Na Na) بعمر 30 أسبوعاً كمتبرعين بالحيوانات المنوية في هذه الدراسة. رُبّيت الطيور في مزرعة دواجن البحوث التابعة لكلية الزراعة بجامعة عشيت، محافظة عشيت، مصر. وُضعت الطيور في أقفاص فردية (30 × 40 × 40 سم)، وخضعت لبرنامج إضاءة (16 ساعة من الضوء و8 ساعات من الظلام)، وغُذيت بنظام غذائي يحتوي على 160 غراماً من البروتين الخام، و2800 سعرة حرارية من الطاقة القابلة للاستقلاب، و35 غراماً من الكالسيوم، و5 غرامات من الفوسفور المتاح لكل كيلوغرام من العلف.
بحسب البيانات 36 و37، جُمع السائل المنوي من الذكور عن طريق تدليك البطن. جُمع ما مجموعه 45 عينة من السائل المنوي من 15 رجلاً على مدار 3 أيام. خُفف السائل المنوي (15 عينة/يوم) فورًا بنسبة 1:1 (حجم/حجم) باستخدام مُخفف سائل منوي الدواجن من بيلسفيل، والذي يحتوي على ثنائي فوسفات البوتاسيوم (1.27 غرام)، أحادي هيدرات غلوتامات أحادي الصوديوم (0.867 غرام)، فركتوز (0.5 غرام)، أسيتات الصوديوم اللامائية (0.43 غرام)، ثلاثي (هيدروكسي ميثيل) أمينوميثان (0.195 غرام)، أحادي هيدرات سترات البوتاسيوم (0.064 غرام)، أحادي فوسفات البوتاسيوم (0.065 غرام)، كلوريد المغنيسيوم (0.034 غرام)، وماء (100 مل)، درجة الحموضة = 7.5، الأسمولية 333 ملي أسمول/كغ. تم فحص عينات السائل المنوي المخفف أولاً تحت المجهر الضوئي لضمان جودة السائل المنوي (الرطوبة) ثم تم تخزينها في حمام مائي عند درجة حرارة 37 درجة مئوية حتى استخدامها في غضون نصف ساعة من جمعها.
تم وصف حركية وخواص انسياب الحيوانات المنوية باستخدام نظام من الأجهزة الميكروفلويدية. خُففت عينات السائل المنوي بنسبة 1:40 في مُخفف سائل منوي الطيور من بيلتسفيل، ثم وُضعت في جهاز ميكروفلويدي (انظر أدناه)، وحُددت المعاملات الحركية باستخدام نظام تحليل السائل المنوي المحوسب (CASA) الذي طُوّر سابقًا لتوصيف الميكروفلويديات. وقد دُرست حركة الحيوانات المنوية في الأوساط السائلة (قسم الهندسة الميكانيكية، كلية الهندسة، جامعة أسيوط، مصر). يمكن تنزيل البرنامج المساعد من الرابط التالي: http://www.assiutmicrofluidics.com/research/casa39. وقد قُيست سرعة المنحنى (VCL، ميكرومتر/ثانية)، والسرعة الخطية (VSL، ميكرومتر/ثانية)، ومتوسط ​​سرعة المسار (VAP، ميكرومتر/ثانية). تم تصوير الحيوانات المنوية باستخدام مجهر ضوئي مقلوب من نوع Optika XDS-3 ذي تباين طوري (بعدسة تكبير 40x) موصول بكاميرا Tucson ISH1000 بمعدل 30 إطارًا في الثانية لمدة 3 ثوانٍ. استُخدم برنامج CASA لدراسة ثلاث مناطق على الأقل و500 مسار لحركة الحيوانات المنوية لكل عينة. عُولج الفيديو المُسجل باستخدام برنامج CASA مُصمم خصيصًا لهذا الغرض. يعتمد تعريف الحركة في برنامج CASA على سرعة سباحة الحيوانات المنوية مقارنةً بمعدل التدفق، ولا يشمل معايير أخرى مثل الحركة الجانبية، إذ وُجد أن هذا التعريف أكثر موثوقية في تدفق السوائل. تُوصف الحركة الريولوجية بأنها حركة الحيوانات المنوية عكس اتجاه تدفق السائل. قُسم عدد الحيوانات المنوية ذات الخصائص الريولوجية على عدد الحيوانات المنوية المتحركة؛ واستُبعدت الحيوانات المنوية الساكنة والحيوانات المنوية المتحركة بفعل الحمل الحراري من الحساب.
تم الحصول على جميع المواد الكيميائية المستخدمة من شركة الجمهورية للأدوية (القاهرة، مصر) ما لم يُذكر خلاف ذلك. صُنع الجهاز وفقًا لما وصفه الشيري وآخرون⁴⁰ مع بعض التعديلات. شملت المواد المستخدمة في تصنيع القنوات الدقيقة ألواحًا زجاجية (هوارد جلاس، ووستر، ماساتشوستس)، ومقاومًا سلبيًا SU-8-25 (مايكروكيم، نيوتن، كاليفورنيا)، وكحول ثنائي الأسيتون (سيجما ألدريتش، شتاينهايم، ألمانيا)، وبولي أسيتون (داو كورنينج، ميدلاند، ميشيغان). تُصنع القنوات الدقيقة باستخدام الطباعة الحجرية اللينة. في البداية، طُبع قناع وجه واقٍ شفاف بتصميم القناة الدقيقة المطلوب على طابعة عالية الدقة (بريزماتيك، القاهرة، مصر، وباسيفيك آرتس آند ديزاين، ماركهام، أونتاريو). صُنعت القوالب الرئيسية باستخدام ألواح زجاجية كركائز. نُظِّفت الألواح بالأسيتون والإيزوبروبانول والماء منزوع الأيونات، ثم طُليت بطبقة من مادة SU8-25 بسمك 20 ميكرومتر باستخدام تقنية الطلاء الدوراني (3000 دورة في الدقيقة، دقيقة واحدة). بعد ذلك، جُفِّفت طبقات SU-8 برفق (65 درجة مئوية، دقيقتان، و95 درجة مئوية، 10 دقائق) وعُرِّضت للأشعة فوق البنفسجية لمدة 50 ثانية. بعد التعريض، خُبزت الألواح عند 65 درجة مئوية لمدة دقيقة واحدة، ثم عند 95 درجة مئوية لمدة 4 دقائق لربط طبقات SU-8 المكشوفة، ثم طُوِّرت في كحول ثنائي الأسيتون لمدة 6.5 دقائق. أُجريت عملية خبز مكثفة (200 درجة مئوية لمدة 15 دقيقة) لزيادة تصلب طبقة SU-8.
تم تحضير مادة PDMS بمزج المونومر والمصلب بنسبة وزنية 10:1، ثم إزالة الغازات منها في مجفف فراغي، وصُبّت على الإطار الرئيسي المصنوع من مادة SU-8. تم معالجة مادة PDMS في فرن (120 درجة مئوية، 30 دقيقة)، ثم قُطعت القنوات وفُصلت عن القالب الرئيسي، وثُقبت للسماح بتوصيل الأنابيب بمدخل ومخرج القناة الدقيقة. وأخيرًا، تم تثبيت قنوات PDMS الدقيقة بشكل دائم على شرائح المجهر باستخدام معالج كورونا محمول (Electro-Technic Products، شيكاغو، إلينوي) كما هو موضح في مكان آخر. يبلغ قياس القناة الدقيقة المستخدمة في هذه الدراسة 200 ميكرومتر × 20 ميكرومتر (عرض × ارتفاع) وطولها 3.6 سم.
يتم تحقيق تدفق السوائل الناتج عن الضغط الهيدروستاتيكي داخل القناة الدقيقة عن طريق الحفاظ على مستوى السائل في خزان المدخل أعلى من فرق الارتفاع Δh39 في خزان المخرج (الشكل 1).
حيث f هو معامل الاحتكاك، ويُعرَّف بالعلاقة f = C/Re للجريان الصفائحي في قناة مستطيلة، حيث C ثابت يعتمد على نسبة أبعاد القناة، وL هو طول القناة الدقيقة، وVav هي متوسط ​​السرعة داخل القناة الدقيقة، وDh هو القطر الهيدروليكي للقناة، وg هو تسارع الجاذبية الأرضية. باستخدام هذه المعادلة، يمكن حساب متوسط ​​سرعة القناة باستخدام المعادلة التالية: