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精子“騙了”科學家350年!研究發現:精子像鑽頭那樣螺旋遊動

人類作為哺乳動物,繁衍後代的方式是有性生殖。2億個精子開始遊動,一路披荊斬棘,最後隻有一個才能極其幸運地與卵子結合。同樣都是攜帶23條染色體的精子和卵子相遇,然後結合成受精卵,最後發育成個體。那麼,精子究竟是怎樣遊向卵子的呢?

對于精子的最早研究,要追溯到大約350年前的微生物學先驅——列文虎克。他通過自己打磨鏡片,自行設計和制造了性能優異的顯微鏡,這開啟了人類研究微生物的時代。

列文虎克采集了池塘中的水,放在顯微鏡下進行觀測。他驚奇地發現,水中竟然有生命體在動來動去,這是人類第一次觀測到細菌。此後,他又觀測到了各種液體中的微生物。

列文虎克對生命誕生的奧秘頗感興趣,他在顯微鏡下觀測到了自己的精子,它們長得像蝌蚪一樣,長着一條尾巴(鞭毛),可以像蝌蚪一樣遊動,他把觀測到的結果手繪了下來。

此後,列文虎克又觀測了其他哺乳動物、魚類、鳥類等動物的精子,都發現了相同的現象。他據此推測,精子會穿透卵子,使其受精,從而孕育出新生命,這是人類第一次對生命的誕生有了準确的科學認識。

在列文虎克之後,科學家制造出越來越先進的顯微鏡,對于精子的研究還在繼續。觀測結果顯示,精子的長度約為0.05毫米,其結構可以分為三大部分:頭部、中段和尾巴。

精子的頭部最前端被稱為頂體,其中含有用于穿透卵子的酶。頭部中存在細胞核,裡面有23條染色體,有的包括一條X染色體,還有的包括一條Y染色體。中段存在線粒體,這是“細胞的發電站”,能夠産生ATP,為精子活動提供能量。

精子的尾巴最長,位于中心的是軸絲,那裡有動力蛋白。精子的尾巴可以不斷擺動,産生讓它們前進的動力。一般而言,精子在液體介質中的運動速度約為16至65微米/秒,也就是每分鐘前進1至4毫米。

自第一次觀測到精子以來,科學家就知道精子的細長尾巴可以左右扭動,就像蝌蚪那樣,在液體中遊動。然而,《科學進展》(Science Advances)雜志刊載的研究顯示,精子的運動方式根本不是科學家此前所想象的那樣。

研究顯示,精子的頭部和尾巴都在旋轉,但不是同步的。之所以科學家被精子“欺騙”這麼多年,是因為此前的研究都是2D的。通過3D成像技術,科學家捕捉到了精子在三維空間中的運動細節。

結果讓人意外,精子的運動方式非常特别,就像螺旋前進的鑽頭那樣,而非是蝌蚪那樣的遊動方式。隻是在普通顯微鏡看來,精子的這種獨特運動方式被誤以為是尾巴左右擺動。

這就如同地球在銀河系的星際空間中的運動方式,完全不是我們想象的那樣。地球繞着太陽公轉,每年轉一圈。但事實上,地球在一年後并沒有回到原來的空間,這是因為太陽本身也在帶着地球在星際空間中運動。綜合而言,地球在星際空間中的運動軌迹是螺旋形的。

就這樣,精子一路螺旋前進,大約一個小時後到達輸卵管。但這一路困難重重,有的精子遊錯方向,還有很大一部分無法适應酸性環境而失去活力。到達輸卵管時,精子的數量從最初的2億個驟降到隻有幾十上百個。

最後,隻有一個精子可以幸運地穿透體積是其1000萬倍的卵子。一旦卵子受精後,其他精子都會被排除在外。哪個精子最終能夠受精,可能與卵子的偏好有關,《英國皇家學會學報B》(Proceedings of the Royal Society B)刊載的研究表明,卵子會為偏愛的精子“開後門”。

此後,受精卵開始發育。精子的作用不隻是提供染色體,決定胎兒的性别,來自精子的基因還會控制胎盤的形成。受精卵不斷分裂與增殖,逐漸發育成胚胎,最終孕育出了新的生命。

不管怎樣,我們每個人來到這個世上都非常幸運,或者說我們每個人最初都非常成功,擠掉了另外2億個競争者,最後隻有我們發育成了生命。

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