El esperma es crítico para la fertilización de casi todos los organismos vivos en nuestro planeta, incluidos los humanos. Para reproducirse, los espermatozoides humanos tienen que nadar una distancia equivalente a escalar el Monte Everest para encontrar el óvulo.
Completan este viaje épico simplemente moviendo la cola, moviendo fluido para nadar hacia adelante. Aunque más de 50 millones de espermatozoides no alcanzarán el óvulo, el equivalente a más de seis veces el La población entera de Londres o Nueva York: solo se necesita un solo esperma para fertilizar un óvulo que eventualmente se convertirá en un ser humano.
El esperma se descubrió por primera vez en 1677, pero tardó aproximadamente 200 años antes de que los científicos acordaran cómo se forman realmente los humanos.
Los «preformacionistas» creían que cada espermatozoide contenía un pequeño humano miniaturizado: el homúnculo. Creían que el óvulo simplemente proporcionaba un lugar para que creciera el esperma.
Por otro lado, los «epigenesistas» argumentaron que tanto hombres como mujeres contribuyeron a formar un nuevo ser, y los descubrimientos en la década de 1700 mostraron más evidencia de esta teoría.
Aunque los científicos ahora entienden mejor el papel que desempeña el esperma en la reproducción, nuestra última investigación ha descubierto que los espermatozoides han estado engañando a los científicos todo este tiempo.
Uno de los primeros microscopios fue desarrollado en el siglo XVII por Antonie van Leeuwenhoek. Utilizó una gota de vidrio fundido que pulió y pulió cuidadosamente para crear una lente potente. Algunos de ellos podrían magnificar un objeto 270 veces. Sorprendentemente, no se creó una mejor lente para más de 200 años.
Las lentes de Leeuwenhoek lo convirtieron en el primer explorador del mundo microscópico, capaz de ver objetos como bacterias, el interior de nuestras células, y esperma. Cuando Leeuwenhoek descubrió el esperma por primera vez, lo describió como un «animal vivo»con una» cola que, cuando nada, azota con un movimiento de serpiente, como anguilas en el agua «.
Sorprendentemente, nuestra percepción de cómo nada el esperma no ha cambiado desde entonces. Cualquiera que use un microscopio moderno hoy en día todavía hace la misma observación: los espermatozoides nadan hacia adelante moviendo la cola de lado a lado.
Pero como nuestro últimas investigaciones muestran, en realidad nos hemos equivocado acerca de cómo nadan los espermatozoides durante los últimos 350 años.
Utilizando la tecnología de microscopía 3D más avanzada, nuestro equipo de investigadores del Reino Unido y México pudo reconstruir matemáticamente movimiento rápido de la cola de esperma en 3D. El tamaño de los espermatozoides no solo los hace difíciles de estudiar, su cola solo mide la mitad del ancho del cabello, sino que también son rápidos.
El movimiento en forma de látigo de su cola es capaz de golpear más de 20 golpes de natación en menos de un segundo. Necesitábamos una cámara súper rápida capaz de grabar más de 55,000 imágenes en un segundo montadas en una etapa oscilante rápida para mover la muestra hacia arriba y hacia abajo a una velocidad increíblemente alta, escaneando efectivamente la cola del esperma mientras nadaba libremente en 3D.
Lo que encontramos nos sorprendió. Descubrimos que la cola del esperma es de hecho torpe y solo se mueve en un lado.
Si bien esto debería significar que el golpe unilateral del espermatozoide lo haría nadar en círculos, los espermatozoides han encontrado una forma inteligente de adaptarse y nadar hacia adelante: ruedan mientras nadan, al igual que la forma en que las nutrias sacan el sacacorchos en el agua. De esta manera, el golpe unilateral torpe se iguala a medida que los espermatozoides ruedan y le permiten moverse hacia adelante.
El giro rápido y altamente sincronizado de los espermatozoides causa una ilusión cuando se ve desde arriba con microscopios 2D: la cola parece tener un movimiento de lado a lado.
Sin embargo, este descubrimiento muestra que los espermatozoides han desarrollado una técnica de natación para compensar su lateralidad. Al hacerlo, también han resuelto ingeniosamente un rompecabezas matemático: creando simetría a partir de la asimetría.
El cuerpo del esperma gira al mismo tiempo que la cola gira alrededor de la dirección de natación. El esperma «perfora» el fluido como un trompo girando alrededor de sí mismo mientras su eje inclinado gira alrededor del centro. Esto se conoce en física como precesión, al igual que el precesión de los equinoccios en nuestro planeta
Análisis de semen asistido por computadora Los sistemas (CASA), en uso hoy en día, tanto en clínicas como para investigación, todavía usan vistas 2D del movimiento de los espermatozoides. Al igual que el primer microscopio de Leeuwenhoek, todavía son propensos a esta ilusión de simetría al evaluar la calidad del semen. La simetría (o la falta de ella) es un rasgo de identificación que puede impacto fertilidad.
La historia científica de la cola del esperma sigue la ruta de cualquier otra área de investigación: los avances en la comprensión del movimiento de los espermatozoides dependen en gran medida del desarrollo de tecnologías en microscopía, registro y, ahora, modelado matemático y análisis de datos.
La tecnología de microscopía 3D desarrollada hoy seguramente cambiará la forma en que analizamos el semen en el futuro.
Este último descubrimiento, con su novedoso uso de la tecnología de microscopio 3D combinada con las matemáticas, puede proporcionar una nueva esperanza para descubrir los secretos de la reproducción humana. Con más de la mitad de infertilidad causada por factores masculinos, comprender la cola del esperma humano es fundamental para futuras herramientas de diagnóstico para identificar espermatozoides no saludables, y mejorando la fertilidad. 
Hermes Gadêlha, Profesor Titular de Matemática Aplicada y Modelado de Datos, Universidad de bristol.
