三百多年來，學界一直以為(wei) 精子像蝌蚪或鰻魚那樣擺動尾巴前進。最近一項研究借助先進的高速攝影技術，發現這種印象其實是一種視錯覺，精子的運動方式實際上要更加複雜：它們(men) 的尾巴朝向一側(ce) 擺動，頭部旋轉前進，平衡了尾部運動的不對稱。

圖片來源：Pixabay

作為(wei) 最早使用顯微鏡的人之一，列文虎克描述人類的精子“具有尾巴，蛇形前進，就像水中的鰻魚”。三百多年後，科學家發現這是一種視錯覺。

布裏斯托大學（University of Bristol）的Hermes Gadelha博士、墨西哥國立自治大學（Universidad Nacional Autonoma de Mexico）的Gabriel Corkidi博士和Alberto Darszon博士采用最先進的3D顯微鏡和數學技術，率先重建了精子尾部的3D真實運動。

他們(men) 使用了一架每秒拍攝超過55000幀的高速相機，配合帶有壓電裝置的顯微鏡載物台，以極高的速率上下移動樣品，拍攝了精子自由遊動的3D圖像。

這項研究發表在《科學進展》（Science Advances）雜誌上，揭示了精子的尾巴實際上是擺動的，並且隻朝一側(ce) 擺動。側(ce) 向擺動似乎意味著精子隻能繞圈遊動，但精子已經巧妙地適應了這種方式，並找到了向前遊動的方法。

論文作者之一Gadelha博士也是布裏斯托大學工程數學係Polymaths實驗室的負責人、生育數學專(zhuan) 家，他說：“人類的精子在遊動時會(hui) 同時滾動，就像在水裏嬉戲的水獺一樣螺旋前進，這能夠平衡它們(men) 的單邊前進的情況，從(cong) 而向前遊動。”

“用2D顯微鏡從(cong) 上方觀察時，精子快速、規律的旋轉會(hui) 導致一種錯覺，讓我們(men) 覺得精子的尾巴似乎具有左右對稱的運動，就像‘水中的鰻魚’，這是列文虎克在17世紀的描述。”

過去認為(wei) 的精子遊動方式，或者說用顯微鏡俯視觀察看到的精子遊動方式。 圖片來源：polymaths-lab.com

“但是，我們(men) 的發現表明，精子已經找到了一種遊動模式來平衡它們(men) 的單向擺動，並且通過在非對稱性中創造對稱性，巧妙地解決(jue) 了微觀尺度的數學難題。”Gadelha博士說。

“然而，人類精子的旋轉像水獺一樣，非常複雜：在精子尾巴圍繞遊動方向旋轉的同時，精子頭也在旋轉。這在物理學上被稱為(wei) 進動，就像地球和火星的軌道繞著太陽進動一樣（天文學中稱為(wei) 歲差）。”

使用高速攝像機觀察得到的精子真實的運動方式。 圖片來源：polymaths-lab.com

如今，在診所和研究中使用的計算機輔助精液分析係統仍使用2D視圖觀察精子運動。因此，他們(men) 在評估精液質量時會(hui) 像列文虎克使用第一台顯微鏡觀察時一樣，誤以為(wei) 精子的運動是對稱的。這項發現開創性地結合了3D顯微鏡技術和數學，可能為(wei) 揭開人類生殖的秘密帶來新的希望。

Gadelha博士補充說：“由於(yu) 一半以上的不孕不育是由男性因素引起的，因此了解人類的精子尾巴為(wei) 未來開發診斷工具、識別不健康的精子打下了基礎。”他此前的工作揭示了精子彎曲的生物力學，和描述精子向前運動特征的精確的節律趨勢。

精子真正的前進方式更像是旋轉的開瓶器。 圖片來源：polymaths-lab.com

Corkidi博士和Darszon博士開創了這項用於(yu) 觀察精子遊動的3D顯微鏡技術。Corkidi博士說：“這真是令人難以置信的驚喜，我們(men) 相信先進的3D顯微鏡技術將揭示自然界中更多的秘密。有朝一日，這項技術將可用於(yu) 臨(lin) 床中心。”

Darszon博士說：“這項發現將徹底改變我們(men) 對精子活力及其對自然受精影響的理解。對於(yu) 女性生殖道內(nei) 複雜的環境，以及精子遊動如何影響受精，我們(men) 仍然知之甚少。這些新工具使我們(men) 看到了精子具有的驚人能力。”

翻譯：賈楠

審校：戚譯引

引進來源：布裏斯托大學

引進鏈接：https://eurekalert.org/pub_releases/2020-07/uob-hhs072420.php


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