在受孕過(guò)程中,人類男性會(huì)釋放大約5500萬(wàn)個(gè)精子,它們將為最終與卵子的結(jié)合展開(kāi)競(jìng)爭(zhēng)。截至目前,科學(xué)家對(duì)精子在追逐過(guò)程中復(fù)雜而有節(jié)律的運(yùn)動(dòng)模式還知之甚少。在一項(xiàng)新研究中,研究者為這種運(yùn)動(dòng)提出了一個(gè)數(shù)學(xué)方程,并表示這將為未來(lái)治療男性不育癥提供幫助。
來(lái)自英國(guó)約克大學(xué)、伯明翰大學(xué)、牛津大學(xué)和日本京都大學(xué)的研究者發(fā)現(xiàn),精子的尾巴能表現(xiàn)出一種特有的節(jié)奏,推動(dòng)精子向前運(yùn)動(dòng),而頭部則向后方和側(cè)面擺動(dòng)。
成功的受孕依賴精子在液體中的運(yùn)動(dòng),但直至目前,這種運(yùn)動(dòng)的詳細(xì)情況還很難進(jìn)行研究?!盀榱嗽陲@微尺度下觀察精子如何在液體中獲得前進(jìn)的推力,我們應(yīng)用了先進(jìn)的顯微高精確度技術(shù),”約克大學(xué)數(shù)學(xué)系的Hermes Gadêlha博士說(shuō),“精子尾部拍打的節(jié)律數(shù)據(jù)被輸入一個(gè)計(jì)算機(jī)模型。該模型可以幫助我們了解這種運(yùn)動(dòng)所導(dǎo)致的液體流動(dòng)模式?!?/p>
“我們用數(shù)值模擬來(lái)識(shí)別精子周圍的流動(dòng)情況,但由于液體的組成非常復(fù)雜,這些數(shù)據(jù)在理解和使用上特別有挑戰(zhàn)性。在一份樣品中,我們可以找到大約5500萬(wàn)個(gè)精子,因此可以想見(jiàn)模擬它們同時(shí)運(yùn)動(dòng)的難度有多大,”Hermes Gadêlha繼續(xù)說(shuō)道,“我們希望得到一個(gè)數(shù)學(xué)方程式,可以簡(jiǎn)化這一問(wèn)題,并且更容易預(yù)測(cè)出大部分精子游動(dòng)的情形。這將有助于我們了解為什么某些精子獲得成功,而其他精子最終失敗。”
通過(guò)分析精子的運(yùn)動(dòng),研究者最終獲得了一個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)方程式。該方程式去掉了目前研究精子運(yùn)動(dòng)時(shí)需要的一些復(fù)雜而昂貴的計(jì)算機(jī)模擬。研究者發(fā)現(xiàn),精子可以進(jìn)行反向運(yùn)動(dòng)——比如頭部向后移動(dòng)——使自己朝卵子游過(guò)去。精子的鞭狀尾巴具有特殊的節(jié)律,可以將頭部往后拉,并部分抵消掉因體型微小而產(chǎn)生的摩擦力。
“當(dāng)科學(xué)家說(shuō)精子抵達(dá)卵細(xì)胞的過(guò)程有多么不可思議時(shí),情況確實(shí)如此,不過(guò)人體是一個(gè)非常精細(xì)的系統(tǒng),可以確保對(duì)的細(xì)胞結(jié)合在一起,” Gadêlha博士說(shuō),“你會(huì)覺(jué)得精子的不穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)會(huì)使周圍液體流動(dòng)受到非常隨機(jī)的影響,使周圍其他競(jìng)爭(zhēng)的精子更難以保持方向,但事實(shí)上,你可以看到在精子周圍形成了很規(guī)則的液體流動(dòng)模式?!?/p>
“這意味著,精子以一種非常協(xié)調(diào)的方式攪動(dòng)周圍的液體,達(dá)到運(yùn)動(dòng)的目的,這與磁鐵周圍形成磁場(chǎng)并沒(méi)有太大的不同。因此,盡管液體的拉力使精子很難向前運(yùn)動(dòng),但利用有節(jié)律的運(yùn)動(dòng)方式,只有極少被選中的精子能獲得前進(jìn)的推力,” Gadêlha博士補(bǔ)充道。
目前,研究者希望生成一個(gè)模型,對(duì)更大數(shù)量的精子運(yùn)動(dòng)作出預(yù)測(cè)。他們還認(rèn)為,這一模型將為未來(lái)男性不育癥的治療提供幫助。男性不育癥最常見(jiàn)的原因是精液質(zhì)量過(guò)低。導(dǎo)致精液異常的可能原因包括少精、精子運(yùn)動(dòng)異常和異常精子等。
目前許多精液異常的病例還沒(méi)有很明確的解釋。有研究指出,陰囊溫度上升與精液質(zhì)量下降之間存在聯(lián)系,但穿著寬松內(nèi)褲能否改善不育癥狀,目前還無(wú)法確定。
責(zé)任編輯:海凡
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