精子游动的秘密：尾部具有强化层做出强有力摆动

iamkfeng

北京时间3月22日消息，据国外媒体报道，一项新研究发现，人类精子在游向卵子的过程中能利用尾部获得力量。来自英国的研究人员发现，健康精子的尾部覆盖着一个强化层，这使它们能够做出强有力且有节奏地摆动尾部，从而冲破宫颈的黏液屏障。

　　这些研究结果或许能为试管婴儿手术提供更好的挑选精子的方法，在更接近自然状态的条件下识别出最适合的精子。

　　据统计，在受孕期间，男性释放的5500万个的精子中，只有大约15个精子能够通过生殖道。宫颈黏液的黏稠度是水的100倍，使得卵子与精子的结合成为自然界中最艰难的选择挑战之一。在英国，受到生育问题影响的人数高达350万，而选择体外人工受孕（IVF）技术的夫妇平均要花费2万英镑。

　　“我们仍然不完全了解精子游动的能力，这可能与基因完整性有关。宫颈黏液是女性体内精子筛选机制的一部分，确保只有游泳能力最强的精子才能与卵子结合，”英国约克大学的赫尔墨斯·加德尔哈（Hermes Gadêlha）博士说，“在选择精子的过程中，IVF诊所并没有使用高黏度的液体来测试精子，因为直到现在仍不清楚这其中的重要性。”

　　“我们的研究表明，在选择用于IVF治疗的精子时，还需要更多的临床试验和研究，以探索这一自然环境因素的影响，”加德尔哈补充道。他还表示，精子的尾部（由鞭毛构成）结构极为复杂，但是其长度只相当于头发的宽度。

　　研究人员将人类与其他哺乳动物的精子尾部结构与海胆的精子进行对比，包括人类在内的哺乳动物都是体内受精，而海胆则是将精子排到海水中，进行体外受精。

　　尽管海胆精子和人类精子的尾部都具有同样弯曲的内核，但该研究表明，哺乳动物的精子尾部可能已经演化出一个“强化”的外层，使它们具有额外的强度和稳定性，从而克服游动过程中遇到的黏稠液体屏障。

　　研究人员通过虚拟模型来添加和去除不同物种精子的鞭毛特征，从而确定这些特征的功能。他们测试了虚拟海胆精子在黏稠液体（类似宫颈黏液）中的游动能力，发现它们的尾部在压力下迅速弯曲，使它们无法向前推进。

　　相比之下，人类精子在类似水的低黏度液体中会强有力地摆动。研究人员解释称，如果是更为黏稠的液体，人类精子便会开始以一种有节奏的强有力波动形式游动。

　　“利用虚拟精子，我们可以看到哺乳动物的精子是如何适应在较粘稠的液体中游动的，”加德哈尔博士说，“我们不知道哪种适应性首先出现，是更强有力的精子还是更黏稠的宫颈黏液，或者它们是否协同演化。但是，自然界中没有任何东西是偶然的，正是物种繁殖所需的条件在数百万年间施加了演化压力。”

　　不过，研究人员表示，由于没有中枢神经系统来决定如何运动和何时运动，因此控制精子运动的因素仍然是一个科学谜题。“我们知道，就像我们的手臂和双腿一样，精子也具有微小的肌肉，使它们可以将尾部弯曲，但没有人知道尾部的这一切是如何在纳米尺度上精心组织的，”加德哈尔博士补充道，“精子是一种自组织的原始生物形式，运动似乎是自动发生的，或许是因为许多机制的复杂组合在起作用。”

　　精子如何运动？

　精子在人类繁殖中至关重要。对男性来说，精子的运动能力是确保繁殖成功的关键。为了顺利游向卵子，精子演化出了具有运动功能的尾部，又称为鞭毛。

　　精子尾部由大约1000个组件构成，包括被称为微管蛋白（tubulin）的结构，它们是组成微管的主要成分。附着在这些微管上的是一类能够移动的分子，称为马达蛋白（motorprotein）。这些分子的移动促成了精子尾部的拉伸和弯曲，从而使精子游动起来。精子尾部的能量来自线粒体。众所周知，线粒体是细胞中产生能量的发电站。