精子是如何学会游泳的?

  布里斯托尔和墨西哥的研究人员在生育科学方面取得了突破,打破了普遍接受的关于精子如何“游泳”的观点。

  Antonie van Leeuwenhoek使用最早的显微镜观察,将人类精子描述为具有“尾巴,在游泳时,它会像蛇一样在水中蛇行,像蛇一样运动”,三百多年之后,科学家们终于发现这是一种错觉。

  布里斯托大学的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真实运动。

  使用能够在一秒内记录超过55,000帧的高速相机,以及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,他们能够以3D方式自由扫描精子。

  这项开创性的研究发表在《Science Advance》杂志上,揭示了精子的尾巴实际上只在一侧摆动。尽管如此,精子已经找到了一种适应和向前游泳的聪明方法。

  布里斯托尔大学医学院的加德勒哈博士说:“人类精子在游泳时会滚动,就像在水里嬉戏的水獭一样。”

  “用2D显微镜从上方观察时,精子的快速,高度同步的旋转会产生幻觉-尾巴似乎具有左右对称的运动,就像Leeuwenhoek在17世纪所描述的那样。但是,我们的发现表明,精子存在一种游泳技术来弥补它们的偏斜度,并且通过这种方式巧妙地解决了微观尺度的数学难题:通过非对称性创造对称性,” Gadelha博士说。

  “然而,像水獭一样的人类精子旋转非常复杂:精子头在精子尾巴围绕游泳方向旋转的同时旋转。”

  目前在临床和研究中使用的计算机辅助精液分析系统仍使用2D视图查看精子运动。因此,就像Leeuwenhoek的第一台显微镜一样,它们在评估精液质量时仍然容易出现这种对称错觉。这项发现结合了3D显微镜技术和数学的新颖应用,可能为解锁人类生殖的秘密提供新的希望。

  Gadelha博士补充说:“由于一半以上的不育症是由男性因素引起的,因此了解人类的精子尾巴是开发未来诊断工具以识别不健康的精子的基础。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。”(生物谷 Bioon.com)

  资讯出处:How human sperm really swim: New research challenges centuries-old assumption

  原始出处:Hermes Adelha et al. Human sperm uses asymmetric and anisotropic flagellar controls to regulate swimming symmetry and cell steering. Science Advances, 2020 DOI: 10.1126/sciadv.aba5168

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