人类看到精子的模样也不过才三百多年 ， 1677年荷兰生物学家列文·虎克发明了历史上第一台显微镜 ， 从此打开了我们对微生物世界的认识 。
这跟1609年伽利略发明望远镜 ， 第一次把望远镜用在天文学上的意义同样重大 ， 一个延伸了人类的视野 ， 一个放大了人类的视野 。
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列文·虎克不同于伽利略的地方在于 ， 他的主业是布料商人 ， 而且他也从来没有经历过系统的专业教育 ， 但是他却对肉眼看不到的微小世界特别感兴趣 ， 这使他成为了微生物学之父 。
因为在他从事主业期间 ， 经常会用放大镜观察布料的品质 ， 其实放大镜本身就是一种放大倍数非常小的显微镜 ， 只有几倍的放大倍数 。
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为了看得更清楚、看到更多的细节 ， 它经常改良观察设备 ， 就这样列文·虎克发明出了第一台放大倍数为200倍的光学显微镜 。
随着放大倍数的增加 ， 他看到以前根本看不到的世界 ， 从此就迷恋上了微观世界 ， 看见什么都想拿到显微镜下看一看 ， 在发明第一台显微镜的同年 ， 他就发现了以前人们从未知道的微生物 。
有一天晚上 ， 他和妻子完事以后就突发奇想把自己的遗传物质放到了显微镜下观察 ， 他看到了一个个尾巴左右摆动的形似蝌蚪的具有生命的微生物 ， 这就是人们以前从未见过的精子模样 。
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第二天他就把这个伟大的发现报告给了科学院 ， 他的描述说：他看到了无数条有生命的微生物 。
从此以后人们对精子的认识以及活动的方式就停留在了列文·虎克的发现上 ， 认为精子在液体中的游泳方式跟我们常见的鳗鱼、蝌蚪是一样的 ， 左右摆动尾巴来为自己提供向前的动力 。
【精子|精子像钻头一样旋进，会“毒害”竞争对手，像一场不公平的道具赛】而且在接下来的200年间 ， 人们也认为精子是有生命的 ， 且跟蝌蚪一样是一个完整的生命 ， 在它的里面包含着一个或者的“小矮人” ， 它进入女性体内寻找卵子 ， 只是找一个用来发育的地方 。
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也就是说卵子对生命没有任何实质性的贡献 ， 它只是为精子的发育提供了一个生长的空间 。 这种观点直到18世纪随着表观遗传学的发展才被推翻 ， 人们才知道男女对后代的基因贡献是一样多的 。
但是有关精子的运动状态这个问题 ， 科学家的理解都是错误的 ， 因为就算是现在你拿最先进的显微镜观察 ， 也会看到一条条左右摆动的蝌蚪 。
所以一直以来都没有人在质疑过这个问题 ， 都认为这就是精子真实的运动状态 。
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但这种对精子的观察都是以2D的视角在进行 ， 随着3D显微镜技术的发展 ， 科学家在去年就尝试对精子的运动方式 ， 以及它尾巴的快速运动进行3D建模；
由于精子的尾巴非常细小只有1/2头发丝的宽度 ， 并且它尾巴摆动得非常迅速 ， 一秒钟能否达到20次 ， 因此科学家使用了每秒钟可以拍摄55000张照片的超高速照相机 ， 以3D的视角扫描精子的运动方式 。
结构发现 ， 精子的运动远比我们想象的复杂得多 ， 它的尾巴并不是在身体的两侧左右摆动 ， 而是在单侧快速地摆动；
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很显然单侧的快速摆动就会给精子提供一个不对称的力 ， 导致精子在原地打转 ， 并不能向前游泳 ， 就像是一条船的桨叶按在了侧边一样 ， 船应不会直线想走 ， 而是会转圈 。
但精子找到了一种方式来应对这种不对称 ， 就是绕轴自转 ， 这样就从不对称当中创造出了对称 。 提供了向前的动力 。 在3D视角看它游泳的方式就像是水獭 。
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更像是整个太阳系的行星跟随太阳在银河系中穿梭的轨迹 。
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上图就是精子3D视角下运动的方式 ， 以及尾部的摆动方式 ， 可以看出它的尾巴只在一侧快速的振荡 ， 但在精子自转的同时 ， 看起来它的尾巴就像是在周围摆动 。
从2D的视角俯视的话 ， 精子看起来就像蝌蚪一样只有摆动尾巴在游泳 。
现在想来 ， 如果精子只是在左右摆动尾巴的话 ， 它游泳就太费劲了 ， 尤其是在液体稀少、粘稠、充满坎坷的道路上 ， 由于动力太小更是难以前进 ， 很可能会被搁浅在半路上 。
但是像钻头一样的螺旋旋进 ， 不仅动力强劲而且稳定性更好 ， 这种游泳方式为精子快速找到卵子提供了巨大的帮助 。
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从小小的精子我们就能看到自然界最基本的原理 ， 从水獭的游泳到行星的运动 。
但包含在精子身上的秘密远不止这些 ， 每次有大约数以亿计的精子会共同竞争一颗卵子 ， 以前我们认为这完全就是一场公平的障碍竞速赛；
在赛道上主办方会安放一些物理性的障碍 ， 例如赛道变得狭窄、半路上出现的阻挡物、死胡同、弯道等等 ， 还有安放化学武器 ， 例如主办方的免疫细胞会追杀外来的精子、以及赛道上环境的变化等等 。
这些对精子来说都是致命的危险 ， 绝大部分的精子会死在半路上 ， 最后只有少数的精子能否见到卵子 ， 最终只有一颗精子能够与卵子结合 。
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我们一直认为精子们只是纯粹的参赛选手 ， 它们会和平相处 ， 最终赢得胜利的精子往往是哪个更强壮、游泳最快的选手 。
但是最新的研究发现 ， 精子在赛道上马拉松比赛并不是简单的障碍赛 ， 而是道具赛 ， 玩过飞车游戏的朋友应该很清楚道具赛的规则 ， 除了主办方设置的障碍以外 ， 选手之间还会使用道具互相伤害 。
没错 ， 精子就是这样的 ， 它们比赛时会变成无情的竞争者 。
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生物学家通过对小鼠精子的研究发现 ， 在某些精子17号染色体上包含有T-单倍型的基因 ， 拥有这种基因的精子能够释放有害物质“毒害”其他没有这种基因的精子 ， 导致这些精子失去协调运动的能力 。
为了自己不被毒害 ， 拥有T单倍型基因的精子同时还会释放“解毒剂” ， 但是这种解毒剂只对自己有有效 。
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而那些中毒的精子由于失去了协调运动的能量 ， 它们并不会直线行走 ， 而是会在原地转圈直到死亡 ， 那些没有中毒的精子则会全速冲向卵细胞 。
这一事实告诉我们 ， 生命从一开始就没有绝对的公平 ， 最后的胜利者并不一定是那个游泳最快的选手 ， 而是它拥有了更加有优势的基因 。
doi.org/10.1371/journal.pgen.1009308
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