人类精子是如何游动的：新研究挑战了几个世纪以来的假设

　　

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打破了普遍接受的精子“游泳”的观点。

三百多年前，安东尼•范•列文虎克用最早的显微镜将人类精子描述为有一条“尾巴，当游动时，尾巴会像蛇一样摆动，就像水中的鳗鱼一样”，现在，科学家发现这是一种视觉错觉。

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，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《Science Advances》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Gadelha博士说：“人类精子发现，如果它们在游泳时滚动，就像顽皮的水獭在水里乱窜一样，它们的单侧动力会自己平均化，导致向前游。”

“精子快速且高度同步的旋转，当用2D显微镜从上面看到时，会产生错觉——尾巴似乎有一个左右对称的运动，就像水中的鳗鱼，正如17世纪列文虎克所描述的那样。

Gadelha博士说：“然而，我们的发现表明，精子已经发展出一种游泳技术来弥补其动力，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。”

然而，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，它们像列文虎克的第一台显微镜一样，在评估精液质量时仍然容易产生这种对称的错觉。这一发现，以其新颖的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。

Gadelha博士补充道：“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未来诊断工具以识别不健康精子的基础。”新的工作已经揭示了精子弯曲的生物力学原理以及精子前进的精确节律趋势。这得益于他们共同开创了精子游动的3D显微镜技术。

“这是一个令人难以置信的惊喜，我们相信我们最先进的3D显微镜将揭示更多隐藏在自然界的秘密，”Corkidi博士说。“总有一天，这项技术将应用于临床中心。”

“这一发现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。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。这些新工具让我们看到了精子的惊人能力。

原文检索：Human sperm uses asymmetric and anisotropic flagellar controls to regulate swimming symmetry and cell steering

（生物通：伍松）

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