前瞻网|人类精子究竟是如何游动的？3D镜像显示其不对称地旋转前进 科学家们弄错了300多年
北京联盟_本文原题：人类精子究竟是如何游动的？3D镜像显示其不对称地旋转前进 科学家们弄错了300多年
来自布里斯托大学（University of Bristol）和墨西哥国立自治大学（Universidad Nacional Autonoma de Mexico）的研究人员在生育科学方面的最新研究 ， 打破了人们普遍接受的关于精子像蝌蚪一样“游动”的观点 。 他们采用最先进的3D显微镜和数学技术 ， 率先重建了精子尾部的3D真实运动 。
本文插图
300多年前 ， 安东尼·范·列文虎克(Antonie van Leeuwenhoek)用一种最早的显微镜进行观察 ， 把人类精子描述为“有一条尾巴 ， 在游泳时尾巴会像蛇一样摆动 ， 就像水中的鳗鱼一样” 。 如今 ， 科学家们揭示的结果显示——这是一种视错觉 。
布里斯托大学的Hermes Gadelha博士、Gabriel Corkidi博士和墨西哥国立自治大学的Alberto Darszon博士利用最先进的3D显微镜和数学技术 ， 率先用3D技术重建了精子尾部的真实运动 。 结果显示：精子并不是对称地左右摆动尾巴游泳 ， 而是不对称地旋转前进 。
他们使用了一架每秒能够记录超过55000帧的高速照相机 ， 以及一个带有压电装置的显微镜载物台 ， 以令人难以置信的高速率上下移动样本 ， 他们能够在3D中扫描自由游动的精子 。
这项突破性的研究发表在发表在《科学进展》（Science Advances）杂志上 ， 它揭示了精子的尾巴实际上是摇摇摆摆晃动的 ， 而且只在一侧摆动 。 虽然这应该意味着精子的单侧划水会让它绕圈游动 ， 但精子已经找到了一种聪明的方式来适应并向前游动 。
“人类的精子在游动时会同时滚动 ， 就像在水里顽皮的水獭卷曲自己的身体并螺旋前进 ， 这能够平衡它们的单边前进的情况 ， 从而向前游动 。 ”布里斯托尔学者工程数学实验室主管和生育学数学专家Gadelha博士表示 。
用2D显微镜从上面看 ， 精子快速且高度同步的旋转会产生一种错觉——它的尾巴似乎有一个左右对称的运动 ， 就像列文虎克在17世纪描述的“水中的鳗鱼” 。
但是 ， 研究人员们的发现表明 ， 精子已经发展出一种游泳技术来弥补它们的不对称 ， 并通过这样做巧妙地解决了微观层面上的一个数学难题：通过在不对称中创造对称 。
人类精子实现像水獭一样的灵活旋转是复杂的：精子头部往一侧摆动旋转的同时 ， 精子尾部绕着游泳方向旋转 。 这在物理学上被称为旋进（precession） ， 很像地球和火星绕太阳运行的轨道旋进 。
本文插图
图2：人精子鞭毛（尾巴）三维搏动图 。
研究一共观测了30条自由游动的精子 ， 从头部正面的角度看 ， 其中28个精子细胞（头部）都会沿着一根轴进行逆时针转动 ， 鞭毛（尾巴）会以游动方向为轴进行同步旋转 。
本文插图
图3：人类精子的三维各向异性和非对称跳动 。
如今在诊所和研究中使用的计算机辅助精液分析系统 ， 仍然使用2D视图来观察精子的运动 。 因此 ， 就像列文虎克的第一台显微镜一样 ， 在评估精液质量时 ， 它们仍然容易产生这种对称错觉 。 这一发现 ， 连同它对3D显微镜技术与数学结合的新颖应用 ， 可能为解开人类生殖的秘密提供了新的希望 。
Gadelha博士补充道:“超过一半的不孕不育是由男性因素造成的 ， 理解人类精子的尾部 ， 是开发未来诊断工具以识别不健康精子的基础 。 ”Gadelha博士之前的工作揭示了精子弯曲的生物力学和精确的节律趋势 ， 这是精子如何向前移动的特征 。
推荐阅读
- 文明|宇宙文明有7级，人类何时才能达到1级？科学家：至少还需100年
- 人类|人类究竟是由进化而来还是外星文明带来？看完这些，瞬间不淡定了
- 撒哈拉沙漠|神秘的史前文明被发现，科学家：或许曾有比现今人类更高的文明
- 行星|科学家发现太阳系外行星，身处宜居带，或许适合人类移居
- 人类|一万年后地球还有人类存在吗？
- 飞船|人类怎样才能突破宇宙“封锁”？科学家：有3种方法可行
- 谜团|科学至今无法解释的4大谜团，人类何时才能解开？谜团一：地球是如何诞生的？谜团二：生命是怎么产生的？谜团三：黑洞里面是什么？谜团四：宇
- 刘慈欣|外星文明早人类100亿年产生，它到底多发达？外星文明早人类100亿年产生，它到底多发达？刘慈欣终于揭开真相外星文明可能早人类100亿年诞生，它
- 超美时尚屋|鲸鱼喷出的水柱中，含有大量的微生物，暗示人类在摧毁它们的家园
- 麦哲伦|《人类简史》——让人类崛起的“科学革命”