@ 2017.03.27 , 22:30

四校科学家联合发布精子运动公式

近日研究者们通过对精子行进过程中头部和尾巴有节奏的运动轨迹的研究得出一个精子运动的数学公式,该公式的出现帮助人们更加容易地理解和预测精子复杂而又神圣的子宫旅程。

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来自约克大学、伯明翰大学、牛津大学和京都大学的研究人员发现精子的尾巴能形成一种特有的节奏,除了推动的精子一步步向卵子进发,同时还会让精子的头部向后或者侧方摆动。女性能否成功受孕主要取决于精子能否成功游过层层粘液,进入卵细胞的怀抱,不过精子游动的相关细节一直让研究者困惑不已。研究者想通过这个新发现解释一大群精子一起涌向唯一卵细胞时,究竟是怎样一种的行为,他们之间又是如何相互影响的,而这无论用什么现代的观测技术都很能难观测到。这项研究也为未来治疗男性不育提供了一条新思路。

来自约克大学的 Hermes Gadêlha 博士说:“目前这方面的研究主要是应用复杂的高精度微观技术在微观层面观察精子是如何穿过液体,然后将测得的精子尾巴的运动数据输入计算机中,通过相关模型的计算帮助理解这种运动所产生的流体流动型态。数值模拟可以用于计算精子周围的流动情况,但是由于精子所处的液体环境结构相当复杂,采集到的这些数据往往很难理解和使用。通常一份样品中有多达 5500 万精子,因此很难模拟它们同时运动时的相关情况。而我们就想建立一个数学公式把这个问题简化,让我们更加容易地预测一大群精子的运动情况。这也会帮助我们理解为什么同样是精子,有的成功,有的成仁。”

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通过对精子头尾运动的分析,研究者们发现精子头尾在流体中运动时往往处于一个相当协调的摇摆节奏中,这种行为可以用一个相对简单的数学公式来概括。这也意味着该方法不再需要复杂且昂贵的计算机来理解精子游动时周围流体是如何变化的。研究人员称精子常常需要进行矛盾运动,例如通过向后摆推动自己向卵子前进。精子的鞭状尾部拥有比较特别的节奏,通过把头部往后或者侧边拉让周围的流体产生一种不稳定的流动状态,进而消除了运动过程中它微小身躯所产生的摩擦力。

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Gadêlha 博士表示:“精子能够越过层层阻碍遇到卵子确实是个奇迹,但是人体就是这么奇妙,他有着非常复杂结构以确保最正确的那个能够与卵细胞相结合。你可能会想是不是精子这种不稳定运动会让周围流体产生一些随机而不确定的变化,而这使得其他竞争的精子很难前行,但实际上精子周围的流体流动情况确是相当明确的。这表明精子们是以一种非常协调的状态前行,这一点和磁体在周围形成稳定的磁场有点类似。所以尽管说流体会给精子的前进带来一些阻力,但是它与部分精子的运动节奏相协调进而确保只有少数精子能够向前进。”

现在该研究团队已经可以通过数学公式预测单个精子运动时周围流体的运动情况,下一步他们打算用该模型预测一大群精子游动时的相关情况。他们坚信该研究成果一定会对不孕不育治疗开辟一条新道路。

本文译自 york,由译者 老人爱怡 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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