世界不思議

錯了340年,精子游泳的方式並不是左右擺動尾巴

生命科學發展了數百年,現在我們看似可以解釋很多以前無法解釋的現象,可以治療、預防很多疾病,這大大提高了人類的壽命。
並且我們知道了生物遺傳規律;可以在微觀層面知道很多事情的作用機理,甚至我們可以根據自己的意願改變一個生物的性狀、育種出自己想要的品種。

這樣說來我們貌似已經掌握了生命的真諦,有種充當造物主的感覺。但真實的情況是,關於生命我們只瞭解到了一些皮毛而已。
就拿最簡單的例子來說,我們就錯了340年。在地球上每時每刻都在進行著生殖繁衍的活動,雄性會把自己的遺傳物質傳遞給雌性。
然後雌雄個體的遺傳物質結合以後就會誕生出由雙方基因隨機組合形成的新個體後代,但是雄性在傳遞遺傳物質的時候,並不是直接把精子就送到了目的地。

完事以後,精子具有短暫的生命,壽命從8小時到6天不等,這要看當時精子自身所處的環境,也就是說它游到了什麼位置。所以數以億計的精子會參加一場人生中最重要的賽跑,爭分奪秒。
落後的肯定會被早早的淘汰死亡,最後只有那麼1到2顆精子能夠與卵子集合。由於他們所經歷的賽道狹窄、彎曲、且佈滿了溝溝坎坎、死胡同;
更重要的是那裡的環境粘稠少液、而且精子是逆流而上,科學家一直就想知道精子是如何游動的?

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精子的形狀相比大家都看到過,說它們有生命感覺十分確切,因為他們的外形十分像一隻蝌蚪。17世紀的時候,人類首次看到了精子的模樣,而且也看到了他們在液體中游動的樣子。
列文·虎克是荷蘭的一個紡織品商人,他沒有受過專業的教育,卻成為了有名的生物學家,甚至被稱為微生物學之父。

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在他從事紡織品行業的時候,為了對衣服布料的品質進行判定,他經常用放大鏡看布料的細節,為了得到更好的效果,經常改進觀察設備,因此慢慢積累了非常豐富的鏡片處理經驗。
他這個人除了做生意以外,業餘時間還對科學富有極大的興趣,1674年發明了顯微鏡,不僅用來觀察布料,更多的時間是在觀察身邊各種微小的事物。
1674年,他發現了以前從未報告過的微小生物,這其實就是我們現在熟知的微生物,此時他使用的顯微鏡可以倍率達到了約200倍。

之後,1677年,列文·虎克用顯微鏡檢查了精子,並給皇家學會的秘書寫了一封信,信中寫道:“精子的尾巴像蛇和鰻魚一樣游動。”
列文·虎克一生製作了不少於500個顯微鏡,目前有9個保留在歐洲博物館,這些顯微鏡中最高倍率為266倍,分辨率為1.35µm至4µm。
不僅是列文·虎克,當時很多科學家拿起顯微鏡都觀察了精子,確認了它們游泳的方式,因此列文·虎克的發現就成為了定論。

通過顯微鏡俯視它們的時候,看到了精子有蝌蚪一樣的尾巴,而且游動的時候尾巴會左右擺動,通過搖晃身體來游泳。
這一點我們一直深信不疑,因為我們可以在現實世界中找到同樣的游動方式,例如:蛇、鰻魚。看起來這樣的游動方式十分合理。
但是最近科學家利用最新的技術進行觀察的結果,否定了我們數百年來的認識,其實精子游泳的方式並非左右擺動而是以螺旋的方式前進。

科學家使用了最新的3D顯微鏡和數學計算得出結論,並在7月31日,將研究成果發表在《Science Advances》上。
最新的發現認為:精子游泳的方式並非左右擺動尾巴,它游泳的方式其實像水瀨一樣。下圖就是水瀨的游動方式。

除了水瀨還有一個很好的類比,也就是太陽系的行星跟隨太陽在銀河系中穿行的樣子。下圖:

行星不僅在自轉,而且還在繞太陽公轉,並且跟隨太陽在前進。如果我們用3D動畫再現精子的游泳方式其實是這樣的。

觀察它的軌跡,你會發現精子也在自轉,而尾巴則以畫圓圈的方式擺動。


從前面看是這樣。

Gadelha等研究人員使用每秒記錄5萬5000幀的高速攝像機,確認了精子的運動。研究人員對這個發現感到非常驚訝,之後花了2年時間,進行了多次確認。
這個發現被認為有成為解開精子的運動和健康之謎的鑰匙的可能性。研究人員希望從這一發現開始,對男性受精能力的研究能夠有所進展。
這樣的運動方式比之前人們認為的左右擺動有非常大的優勢,螺旋前進在粘稠少液的情況下有更強的動力,並且穩定性更為出色,也更更容易控制方向。
我們不得不感嘆小小精子的移動方式居然包含著宇宙的真理,從動物的游泳,到太陽系的運動。足以見得宇宙從小到大都遵循著同樣的基本原理。
當我們下次仰望星空的時候,你應該會想到,我們正在乘坐地球飛船,以精子游動的方式在宇宙中穿行。

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