三百多年来，学界一直以为精子像蝌蚪或鳗鱼那样摆动尾巴前进。最近一项研究借助先进的高速摄影技术，发现这种印象其实是一种视错觉，精子的运动方式实际上要更加复杂：它们的尾巴朝向一侧摆动，头部旋转前进，平衡了尾部运动的不对称。
图片来源：Pixabay
来源 University of Bristol
翻译 贾楠
编辑 戚译引
作为最早使用显微镜的人之一，列文虎克描述人类的精子“具有尾巴，蛇形前进，就像水中的鳗鱼”。三百多年后，科学家发现这是一种视错觉。
布里斯托大学 （University of Bristol）的 Hermes Gadelha 博士、墨西哥国立自治大学 （Universidad Nacional Autonoma de Mexico）的 Gabriel Corkidi 博士和 Alberto Darszon 博士采用最先进的 3D 显微镜和数学技术，率先重建了精子尾部的 3D 真实运动。
他们使用了一架每秒拍摄超过 55 000 帧的高速相机，配合带有压电装置的显微镜载物台，以极高的速率上下移动样品，拍摄了精子自由游动的 3D 图像。
这项研究发表在 《科学进展》（ Science Advances ） 杂志上，揭示了精子的尾巴实际上是摆动的，并且只朝一侧摆动。侧向摆动似乎意味着精子只能绕圈游动，但精子已经巧妙地适应了这种方式，并找到了向前游动的方法。
论文作者之一 Gadelha 博士也是布里斯托大学工程数学系 Polymaths 实验室的负责人、生育数学专家，他说：“ 人类的精子在游动时会同时滚动，就像在水里嬉戏的水獭一样螺旋前进，这能够平衡它们的单边前进的情况，从而向前游动。”
“用 2D 显微镜从上方观察时，精子快速、规律的旋转会导致一种错觉，让我们觉得精子的尾巴似乎具有左右对称的运动，就像‘水中的鳗鱼’，这是列文虎克在 17 世纪的描述。”
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过去认为的精子游动方式，或者说用显微镜俯视观察看到的精子游动方式。图片来源：polymaths-lab.com
“但是，我们的发现表明，精子已经找到了一种游动模式来平衡它们的单向摆动，并且通过 在非对称性中创造对称性，巧妙地解决了微观尺度的数学难题。”Gadelha 博士说。
“然而，人类精子的旋转像水獭一样，非常复杂： 在精子尾巴围绕游动方向旋转的同时，精子头也在旋转。这在物理学上被称为进动，就像地球和火星的轨道绕着太阳进动一样 （天文学中称为岁差）。”
使用高速摄像机观察得到的精子真实的运动方式。图片来源：polymaths-lab.com
如今，在诊所和研究中使用的计算机辅助精液分析系统仍使用 2D 视图观察精子运动。因此，他们在评估精液质量时会像列文虎克使用第一台显微镜观察时一样，误以为精子的运动是对称的。这项发现开创性地结合了 3D 显微镜技术和数学，可能为揭开人类生殖的秘密带来新的希望。
精子真正的前进方式更像是旋转的开瓶器。图片来源：polymaths-lab.com
Corkidi 博士和 Darszon 博士开创了这项用于观察精子游动的 3D 显微镜技术。Corkidi 博士说：“这真是令人难以置信的惊喜，我们相信先进的 3D 显微镜技术将揭示自然界中更多的秘密。有朝一日，这项技术将可用于临床中心。”
Darszon 博士说，“这项发现将彻底改变我们对精子活力及其对自然受精影响的理解。对于女性生殖道内复杂的环境，以及精子游动如何影响受精，我们仍然知之甚少。这些新工具使我们看到了精子具有的惊人能力。”
论文信息：
http://dx.doi.org/10.1126/sciadv.aba5168
原文链接：
https://eurekalert.org/emb_releases/2020-07/uob-hhs072420.php
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