精子「欺騙」了科學家300多年！研究顯示：精子並非左右擺動前進
2020-08-02 DeepTech深科技一直以來科學家在二維顯微鏡下俯視精子，就以為：精子是在左右擺動尾巴來前行。
來源：Giphy
眼睛欺騙了我們。研究人員發現，人類精子運動並非此前的認識。最新的三維高速顯微鏡下，精子是在滾動中前行的。具體而言，精子頭部旋轉，尾部則繞著遊泳軸滾動，如此實現了前行。
7月31日，這項研究發表在了《科學進展》（Science Advances）。研究者來自英國布裡斯託大學和墨西哥國立自治大學。
圖 | 精子遊泳的三維展示。（來源：POLYMATHS-LAB.COM）
旋轉中移動的陀螺
300 多年前，顯微鏡之父、荷蘭科學家列文虎克觀察自己的精液，發現了精細胞，並且描述說，這些精子在像水蛇一樣遊動。幾個世紀以來，科學家用顯微鏡從上方往下看，都得到了統一的結論：精子通過左右移動尾巴來遊泳。
多年後，美國作家愛德華·多尼克在科普著作《生命之種》（The Seeds of Life）中記載了這個歷史瞬間：1677 年一個秋日的夜晚，列文虎克和妻子正在做愛。他「高潮射精後不足幾秒便立刻」跳起身來，帶著精液樣本直奔自己的顯微鏡。在顯微鏡下，列文虎克看到「數以千計沙粒般大小的活體微型動物正在遊動」。
人類的精子在像水一樣的低黏度液體中會瘋狂地扭動，但在較粘稠的液體中，它們會以另一種波浪般的節奏遊動。
精子尾巴長度只有頭髮的直徑那麼長，且結構複雜。研究人員採用先進的高速三維顯微鏡技術重建了精子的真實運動。這套系統中，高速相機每秒超過 55000 幀，顯微鏡載物臺帶有壓電裝置，可以極高速率來上下移動樣品，只有如此，才能以三維方式掃描精子。
研究發現，精子頭部在旋轉，尾部也在旋轉，而兩個旋轉是各自獨立的。精子尾巴（鞭毛）其實是單側擺動的，有點像水獺遊泳，是滾動向前。這是一種非對稱的遊泳技術，有點類似地球在自轉的同時繞著太陽公轉一樣，精子在頭部旋轉的同時，擺動尾巴來向前推進。另一個比喻則是旋轉的陀螺，在旋轉中發生位移。
墨西哥國立自治大學阿爾貝託·達斯宗（Alberto Darszon）博士說，這項研究將改變人們對精子活力和自然受精的理解。
據《科學在線》（LiveScience），英國謝菲爾德大學男科學教授艾倫·佩西（Allan Pacey）評價說，精子到達卵子的過程絕非簡單的遊泳，因為那是一個液體少得多的複雜環境。
女性的宮頸是粘稠的狹窄通道，輸卵管則有起伏的細胞壁，精子還需應對肌肉收縮以及逆向的液體流動。佩西說，要在臨床中使用三維顯微鏡，需要實現快速、便宜的自動化操作。
論文通訊作者之一、布裡斯託大學數學生物學家赫耳墨斯·加德爾哈（Hermes Gadelha）表示，由於一半的不育症是男性因素引起的，那麼這項研究有助於開發精子診斷工具以及識別不健康的精子。
圖 | 隨著精子的位置變化，頭部（紅色）保持在遊泳軸線上，隨著尾巴（藍色）旋轉而前行。（來源：Science Advances）
圖 | 精子進入卵子。（來源：POLYMATHS-LAB.COM）
利用數學模型來研究精子
一個男人的一次射精大約有 5500 萬個精子，這相當於倫敦或紐約人口的 6 倍，或者是上海人口的 2 倍。
然而，只有很少數的精子能通過女性的生殖道進入卵子。生殖道有複雜的化學和物理環境。精子必須能耐受陰道的酸性環境，要穿過厚厚的宮頸粘液屏障，在從子宮頸到輸卵管的路上還有白細胞殺手，畢竟對於女性身體而言，精子是一種外來物質，甚至是一種可能帶來疾病的物質。
加德爾哈一直在利用數學模型來研究精子。他們發現，人類精子尾巴有著精確的適應性，使其能夠在宮頸粘液中遊泳。他希望能夠精確描述精子的運動。
加德爾哈出生於巴西，橫跨數學邏輯、物理學、工程學和醫學。在獲得牛津大學數學博士學位後，他擔任了劍橋大學的數學研究員，之後又回到牛津擔任默頓學院講師。2015 年到 2019 年擔任約克大學應用數學講師，目前是布裡斯託大學助理教授。
精子是如何運動到達卵細胞的呢？早在 2017 年，加德爾哈根據精子的運動規律，寫出一個神奇的數學公式，用於描述精子如何有節奏地穿過液體物質。
當人類精子細胞遊動時，向前的動力來自精子細胞尾部的「連通彈簧」。這些「彈簧」可以傳輸機械信息，當它蠕動時可幫助它彎曲，從而實現運動前進。
當精子遊動時，尾部不同部分是如何彎曲的呢？他們觀察到，精子頭部旋轉時，尾部末端會有反方向的彎曲，這叫做逆傾向現象。
圖|精子的運動模式（來源：Science Advances）
關於精子運動的新認知，還可能給軟機器人和人工智慧研究帶來洞見。畢竟，精子的運動是用它的身體進行計算，而不是用大腦。在加德爾哈看來，這正是很多工程師所追求的。
當然，隨著觀測儀器的進步，科學家可能會再一次發現，我們對精子運動的最新理解其實也有問題，但科學就是這樣發展的。「我們的錯誤比以前少了，」加德哈說，「但相比未來，我們還是有更多錯誤認知。」
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精子「欺騙」科學家343年！新研究：精子其實不是左右擺動前進
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最新研究顯示：精子並非像「小蝌蚪」左右擺動前進
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精子「欺騙」了大家幾百年！最新研究：精子並非像「蝌蚪」樣前進
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人類精子是怎樣遊動的？科學家們弄錯了300多年
人類精子是怎樣遊動的？看過一些示意圖的人，應該毫不猶豫地認為精子靠左右擺動尾巴來往前遊行。即使是科學家，也可能被2D顯微鏡下的這類視野給欺騙。從人類觀測到精子至今已經300多年，但現在，人類才終於弄清楚精子是怎樣遊動的：不是對稱地左右擺動尾巴遊泳，而是不對稱地旋轉前進。三百多年前，還沒有人知道精液中存在什麼，又為什麼精液能夠讓女性懷孕。 -
精子像蝌蚪一樣遊泳?研究顯示:精子螺旋式鑽進液體中
但是，最新研究徹底推翻了這種認知，解開了被誤解300多年的精子運動之謎。研究顯示：精子螺旋式前進鑽入液體中如果不是在最先進的3D顯微鏡下，科學家可能意識不到，原來我們搞錯了精子的運動方式300多年。以往觀察精子，人們普遍採用的是2D顯微鏡，而布裡斯託大學、墨西哥國立自治大學的專家使用了最新的3D顯微鏡和數學技術，發現了精子的真實運動軌跡。 -
精子都是左右擺動前進的？科學研究證明：它們都是「小鑽頭」
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男性的精子是怎麼遊動的？它並不像蛇遊泳科學家們弄錯了300年
我們人類的生殖細胞有精子和卵子兩種類型，其中精子是可以遊動的，那麼人類的精子是怎麼遊動的呢？我們看電視中顯微鏡下面精子遊動的方式你可能會毫不猶豫的認為是跟蛇一樣左右擺動尾巴向前遊動。其實你這樣認為也沒錯，因為連科學家們都被顯微鏡的的精子所欺騙，人類觀測到精子的歷史已經有300年了，一直到現在才弄清楚精子是怎麼遊動的，它並不是跟蛇一樣左右擺尾遊泳，而是尾巴呈螺旋擺動的方式前進的。 -
精子欺騙了科學家350年-刷新你對精子的認知
精子欺騙了科學家350年-他們旋轉而不遊泳精子對於我們星球上幾乎所有生物體（包括人類）的受精至關重要。為了繁殖，人類的精子必須遊到相當於爬珠穆朗瑪峰才能找到卵的距離。他們只需搖晃尾巴，移動液體向前遊泳即可完成這一史詩般的旅程。 -
科學家被「欺騙」350年！新發現：精細胞竟然不是左右擺動前進
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精子是怎樣遊動的？新發現它並非來回擺動，而是「鑽頭」般旋轉
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精子欺騙了科學家350年-他們不遊泳就旋轉
精子最早於1677年被發現-但是科學家花了大約200年的時間才同意人類是如何形成的。「預成型主義者」認為，每個精子都包含一個微小的微型人-人體。他們認為卵只是為精子的生長提供了空間。另一方面，「表觀遺傳學家」認為，男性和女性都有助於形成新生物，並且在1700年代的發現為該理論提供了更多證據。 -
被誤會了三百年的「小蝌蚪」：這才是精子真正的遊動方式
【導讀】300年前，列文虎克在顯微鏡下觀察到2D精子遊動圖像，使得人們一直以來都以為精子靠其尾部左右擺動著前行。然而一項新的研究通過3D顯微鏡卻發現，精子真正的遊動方式，應是呈螺旋波形滾動前進。文末有視頻哦。 -
動圖：這才是精子真正的遊動方式
「遊動」的普遍觀點，認為小蝌蚪們前進時，並非靠對稱性的二維擺動（如圖a)，而是不對稱的螺旋式三維前進(如圖b)！300 多年以來，科學家一直認為人類精子通過左右對稱的方式擺動尾巴（鞭毛）來遊泳。：精子遊動時，其頭部並非固定不動，而是會轉圈（如同地球自轉），其尾部（鞭毛）也並非在同一水平面上擺動，而是如同螺絲那樣旋轉著前進。 -
精子真實的運動方式，顛覆了你的想像
三百多年來，科學家也可能被2D顯微鏡下的這類視野給欺騙。學界一直以為精子像蝌蚪或鰻魚那樣擺動尾巴前進。最近一項研究藉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：它們的尾巴朝向一側擺動，頭部旋轉前進，平衡了尾部運動的不對稱。 -
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原來我們一直都誤解了精子的前進運動方式？
就在最近布里斯托大學和墨西哥國立自治大學的研究團隊發表的研究表示：他們利用了每秒55000幀的超高速攝像機和三維顯微鏡來觀察精子，並且發現了精子的遊動方法原來跟以前人們的認知完全不一樣。此後近350多年，人們一直相信這一點。我想很多人都見過精子遊泳的模型圖例。 即使在今天，人們對精子的普遍印象也是它們遊動的尾巴是左右對稱擺動的，如下圖所示。