300年的科学误解:精子游动并非蝌蚪式?

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(原标题:300年的科学误解,精子游动并非蝌蚪式?)

鞭毛鞭打驱动精子穿过女性生殖道,对生殖至关重要,而精子如何穿过女性的生殖道得以最终受精,就涉及到一个关于精子运动方式的问题。

由于精子蝌蚪一样的外观,圆圆的头部后面跟着一条长长的尾巴,加上百年来2D显微镜下的影像,使得科学界的主流观点一直认为精子是通过摆动尾巴获得前进的动力,并且尾巴的对称性摆动方式类似于鳗鱼,也就是左右对称摆动前进。

而7月31日,来自布里斯托尔和墨西哥的研究人员在生育科学上的突破却打破了普遍接受的精子“游泳”的观点,认为“眼睛欺骗了我们”。

布里斯托尔大学的Hermes Gadelha博士、墨西哥国立自治大学的Gabriel Corkidi博士和Alberto Darszon博士利用最先进的3D显微镜和数学,率先在3D中重建了精子尾部的真实运动。他们使用一个能够在一秒钟内记录超过55000帧的高速照相机,以及一个带有压电装置的显微镜台,以难以置信的高速度上下移动样本,他们能够以三维的方式扫描自由游动的精子。

这项突破性的研究发表在《科学进步》杂志上,揭示了精子的尾巴实际上是摇摇欲坠的,而且只是一边摆动。虽然这意味着精子的单侧划水会让它绕圈子游动,但精子已经找到了一种巧妙的适应和向前游的方法。

布里斯托尔工程数学系多元数学实验室负责人、生育数学专家加德尔哈博士表示,精子已经发展出一种游泳技术来弥补其畸形,并在这一过程中巧妙地解决了微观尺度上的一个数学难题:通过从不对称中创造对称。

事实上,人类精子像水獭一样旋转是复杂的:精子头部旋转的同时,精子尾部围绕游泳方向旋转。这在物理学中被称为岁差,就像地球和火星的轨道绕着太阳进动一样。

目前在临床和研究中使用的计算机辅助精液分析系统仍然使用二维视图来观察精子运动。因此,像列文虎克的第一台显微镜一样,研究人员在评估精液质量时仍然容易产生这种对称的错觉。而此次的发现,以新颖的3D显微镜技术与数学相结合的应用,可能为揭开人类生殖秘密提供了新的希望。

另外,由于超过一半的不孕是由男性因素造成的,了解人类精子尾部是开发或许将成为未来诊断工具以识别不健康精子的基础,这一发现也将彻底改变我们对精子运动及其对自然受精的影响的理解。此外,关于女性生殖道内复杂的环境以及精子游动如何影响受精过程,人们知之甚少。而这些新工具让我们看到了精子的惊人能力。