布里斯托大學（University of Bristol）的 Hermes Gadelha 博士、墨西哥國立自治大學
（Universidad Nacional Autonoma de Mexico）的 Gabriel Corkidi 博士和 Alberto Darszon 博士采用最先進的 3D 顯微鏡和數(shù)學技術(shù)，
率先重建了精子尾部的 3D 真實運動。
他們使用了一架每秒拍攝超過 55 000 幀的高速相機，
配合帶有壓電裝置的顯微鏡載物臺，以極高的速率上下移動樣品，拍攝了精子自由游動的 3D 圖像。
這項研究發(fā)表在Science Advances《科學進展》雜志上，
題為“Human sperm uses asymmetric and anisotropic flagellar controls to regulate swimming symmetry and cell steering”，
研究揭示了精子的尾巴實際上是擺動的，并且只朝一側(cè)擺動。側(cè)向擺動似乎意味著精子只能繞圈游動，
但精子已經(jīng)巧妙地適應(yīng)了這種方式，并找到了向前游動的方法。
發(fā)表于2021-07-26 16:04:06
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學界一直以為精子像蝌蚪或鰻魚那樣擺動尾巴前進。
最近一項研究借助先進的高速攝影技術(shù)，發(fā)現(xiàn)這種印象其實是一種視錯覺，
精子的運動方式實際上要更加復(fù)雜：
它們的尾巴朝向一側(cè)擺動，頭部旋轉(zhuǎn)前進，平衡了尾部運動的不對稱。
被戲稱為人類最早的浪漫“鉆頭”。
三百多年前的1677年，作為最早使用顯微鏡的人之一，
列文虎克在顯微鏡下，看到精液中有一些運動著的“微生物”。他如此描述：
它們每一只都有一個鈍的頭，身體很長，拖著一條幾乎幾乎透明的尾巴。
它們各自推動著自己前進，像一條蛇在移動，或者是一條泥鰍在水里游泳。
1677年一個秋日的夜晚，列文虎克和妻子正Making love。他“高潮射精后不足幾秒便立刻”跳起身來，帶著精液樣本直奔自己的顯微鏡。在顯微鏡下列
文虎克看到“數(shù)以千計沙粒般大小的活體微型動物正在游動”。他并沒有告知英國皇家學會他的妻子對這項驚人發(fā)現(xiàn)做何感想。
一向高調(diào)發(fā)布研究成果的列文虎克，這次卻選擇低調(diào)行事。他提醒皇家學會這是他們的授意，而非他自己的本意。他還很反常地專門指出，這次實驗樣
本是通過“正常夫妻性交”而非“不道德的自慰”獲得的。除了這些預(yù)防措施，列文虎克在信中寫道，他承認自己的觀察可能會讓人感到“惡心或傷風敗
俗”。他讓皇家學會全權(quán)決定是公布還是銷毀這次研究結(jié)果。
此后的數(shù)百年間，生物學家對精子的認識逐漸有了質(zhì)的提升，
從一開始精子頭部自帶著新生兒的荒誕想法，
到后來確定其攜帶了一半遺傳物質(zhì)并且會與*子結(jié)合，
再到如今確定動力蛋白能夠給精子尾巴提供動力，
激素能影響精子活動性等各種分子機制。
人類探索到了越來越多關(guān)于這種“微生物”的秘密。
Antony van Leeuwenhoek安東尼·凡·列文虎克（1632-1723）
盡管一些細胞和分子層面的知識在不斷被刷新，但有一點，
似乎絕大多數(shù)科學家都很少懷疑過，
那就是最簡單的形態(tài)學知識——精子能夠通過擺動尾巴獲得前進的動力，
并且尾巴的對稱性擺動方式類似于鰻魚，也就是左右對稱擺動前進。
這一點，只要在顯微鏡下觀察過精子的科學家都不會質(zhì)疑。
并且，由于2D顯微鏡下觀察到人類精子游動時，
尾部擺動產(chǎn)生的波形是對稱的，
科學家曾推測在理想化的3D條件下，精子尾部的運行軌跡產(chǎn)生的波形應(yīng)該也是對稱的，
就像我們平時開葡萄酒瓶的開瓶器一樣
過去科學家認為，3D條件下精子的游動應(yīng)該是這種很對稱的螺旋
布里斯托大學（University of Bristol）的 Hermes Gadelha 博士、墨西哥國立自治大學
（Universidad Nacional Autonoma de Mexico）的 Gabriel Corkidi 博士和 Alberto Darszon 博士采用最先進的 3D 顯微鏡和數(shù)學技術(shù)，
率先重建了精子尾部的 3D 真實運動。
他們使用了一架每秒拍攝超過 55 000 幀的高速相機，
配合帶有壓電裝置的顯微鏡載物臺，以極高的速率上下移動樣品，拍攝了精子自由游動的 3D 圖像。
這項研究發(fā)表在Science Advances《科學進展》雜志上，
題為“Human sperm uses asymmetric and anisotropic flagellar controls to regulate swimming symmetry and cell steering”，
研究揭示了精子的尾巴實際上是擺動的，并且只朝一側(cè)擺動。側(cè)向擺動似乎意味著精子只能繞圈游動，
但精子已經(jīng)巧妙地適應(yīng)了這種方式，并找到了向前游動的方法。
論文作者之一 Gadelha 博士也是布里斯托大學工程數(shù)學系 Polymaths 實驗室的負責人、
生育數(shù)學專家，他說：“人類的精子在游動時會同時滾動，就像在水里嬉戲的水獺一樣螺旋前進，
這能夠平衡它們的單邊前進的情況，從而向前游動?！?br />
這一結(jié)果也刷新了人類過去的認知：
人類精子不是像海鰻一樣對稱性地擺動鞭毛，而是像海獺一樣的旋轉(zhuǎn)式游動——頭部往一側(cè)擺動旋轉(zhuǎn)，
與此同時鞭毛也會跟著旋轉(zhuǎn)，也就是一種旋進過程，而這個過程并不是2D看到的對稱性游動。
2D觀測下，會誤以為人類精子像海鰻一樣左右（上下）擺動游動
實際上，精子游動方式類似海獺，頭部旋轉(zhuǎn)，身體（精子尾巴）同時旋轉(zhuǎn)。
研究一共觀測了30條【自由游動】的精子，從頭部正面的角度看，
其中28個精子細胞（頭部）都會沿著一根軸進行逆時針轉(zhuǎn)動，鞭毛（尾巴）會以游動方向為軸進行同步旋轉(zhuǎn)。
（這里為什么要強調(diào)“自由游動”，因為現(xiàn)在的主流觀察方式——拴菌實驗會固定精子的鞭毛，
這會導(dǎo)致精子頭部和鞭毛無法轉(zhuǎn)動，因此加劇了誤解程度）
在3D條件下，科學家能通過多個平面來觀測精子以及鞭毛的擺動方式和波形。
根據(jù)（x,y,z）軸組成的多平面來看，鞭毛的轉(zhuǎn)動在各平面產(chǎn)生的擺動特征都是各異的，
例如在“b”平面和“z”平面上，鞭毛特征就明顯不一樣，顯示出各向異性，也就是3D條件下，
鞭毛的擺動并不是一一對稱的，其在各個平面的表現(xiàn)并不一致，也不會形成完美對稱的標準螺線轉(zhuǎn)動。
而之所以之前會誤認為精子的擺動是對稱的，就是2D觀測時只能看到一個平面的信息，這種平面會給予觀測者一種對稱錯覺。（見下圖所示）
示意圖顯示，2D觀測下的一個平面會怎樣誤解精子的游動方式
Corkidi 博士和 Darszon 博士開創(chuàng)了這項用于觀察精子游動的 3D 顯微鏡技術(shù)。
Corkidi 博士說：“這真是令人難以置信的驚喜，我們相信先進的 3D 顯微鏡技術(shù)將揭示自然界中更多的秘密。
有朝一日，這項技術(shù)將可用于臨床中心?！?br />
Darszon 博士說，“這項發(fā)現(xiàn)將徹底改變我們對精子活力及其對自然受精影響的理解。
對于女性生殖道內(nèi)復(fù)雜的環(huán)境，以及精子游動如何影響受精，我們?nèi)匀恢跎佟?br /> 這些新工具使我們看到了精子具有的驚人能力?！?br />