Tinh trùng rất kén chọn nhiệt độ. Ở động vật có vú, trong đó có cả con người, tinh trùng hoạt động tốt nhất trong môi trường mát hơn nhiệt độ cơ thể bình thường vài độ. Vậy câu hỏi thú vị đặt ra là làm thế nào những tế bào nhạy cảm với nhiệt độ này có thể thụ tinh cho trứng trong môi trường ấm hơn nhiều nhiệt độ trong đường sinh sản của phụ nữ?

Các nhà nghiên cứu tại Trường Y thuộc Đại học Washington ở St. Louis đã tìm ra câu trả lời. Theo đó, nhiệt độ ấm hơn như nhiệt độ bên trong hệ thống sinh sản của phụ nữ, sẽ kích hoạt tín hiệu cụ thể trong tinh trùng. Tín hiệu này sẽ kích hoạt một công tắc sinh học làm thay đổi chuyển động của chúng. Thay vì bơi trơn tru như thường lệ, tinh trùng bắt đầu quằn quại và xoắn lại, chuyển động năng lượng cao cần thiết để phá vỡ lớp ngoài của trứng và thụ tinh.

Khi thí nghiệm trên chuột, các nhà nghiên cứu đã xác định được một loại protein có trong tinh trùng của tất cả động vật có vú. Loại protein này kích hoạt trạng thái tăng động của tinh trùng khi nhiệt độ xung quanh đạt đến mức bình thường ở đường sinh sản của phụ nữ. Những phát hiện được công bố trên tạp chí Nature Communications không chỉ làm sáng tỏ quá trình hấp dẫn này mà còn cung cấp manh mối về cách giải phẫu động vật có vú tiến hóa để hỗ trợ quá trình này.

Protein CatSper: Công tắc phân tử

Tất cả các loài động vật có vú đều có chung một loại protein đặc biệt nằm trên bề mặt tinh trùng gọi là CatSper. Protein này kiểm soát sự xâm nhập của các hạt cần thiết để cung cấp năng lượng cho các chuyển động cực kỳ năng động ở đuôi để đẩy tinh trùng về phía trước.

CatSper hoạt động trong điều kiện nhiệt độ nào vẫn chưa được xác định, nhưng người ta tin rằng nó được kích hoạt bởi sự kết hợp giữa độ pH trong đường sinh sản của con cái ở loài linh trưởng nhờ có progesterone, hormone sinh sản. TS. Lishko cho rằng lý thuyết này không hoàn toàn đúng vì hầu hết tinh trùng ở động vật có vú không phản ứng với progesterone, do đó phải có một yếu tố kiểm soát khác để bật công tắc CatSper.

Nhiệt độ có vẻ là nguyên nhân chính. Quá trình tiến hóa của động vật có vú đã diễn ra  để giữ cho cơ quan sinh sản của con đực ở mức nhiệt 340C hoặc thấp hơn. Ví dụ, trong các thử nghiệm bên trong cơ thể, cá heo hạ nhiệt độ máu bằng cách dẫn máu qua vây lưng trước; Loài voi sử dụng một hệ thống tương tự để làm mát máu qua tai. Hầu hết các loài động vật có vú khác, bao gồm cả con người, đều tạo ra và lưu trữ tinh trùng trong tinh hoàn bên ngoài cơ thể. Các loài động vật không có khả năng thích nghi với khả năng hạ nhiệt ở cơ quan sinh sản của con đực như chim, sẽ không có protein CatSper trong tinh trùng của chúng.

Công nghệ vi mô tiết lộ nguyên nhân

Nhờ sử dụng các công cụ và kỹ thuật có kích thước micron ban đầu được phát triển để nghiên cứu tế bào não, nhóm nghiên cứu của Lishko đã quan sát mô hình điện tích đặc trưng khi CatSper hoạt động trong từng tế bào tinh trùng, đo các đột biến rõ ràng khi nhiệt độ xung quanh tế bào vượt quá 380C. Khi CatSper được kích hoạt, hành vi của tinh trùng chuyển từ chuyển động tương đối nhẹ sang chuyển động cực kỳ năng động cần có để xâm nhập vào trứng nhằm thực hiện chức năng thụ tinh.

TS. Lishko cho biết hiểu được vai trò của nhiệt độ đối với khả năng sinh sản có thể giúp cải thiện biện pháp tránh thai và điều trị vô sinh ở nam giới. Vì CatSper chỉ xuất hiện trong tinh trùng nên việc nhắm vào nó sẽ không ảnh hưởng đến các chức năng khác của cơ thể. Nỗ lực phát triển các biện pháp tránh thai vô hiệu hóa khả năng thụ thai này cho đến nay vẫn chưa thực sự hiệu quả. Phát hiện nghiên cứu có thể mở ra những hướng mới trong việc tránh thai và điều trị vô sinh.

N.P.D (NASTIS), theo Scitechdaily, 5/2025