原来精子是这样运动的！骗了人类300多年，它们并非左右摆动

笔者 东邪

在显微镜问世之前，人类对许多疾病的根源一无所知，于是将病因与宗教信仰联系起来，往往无法把病治好。到了16世纪，荷兰工匠列文虎克发明了显微镜，从而拉开了人类对微光生物领域的研究。随着显微镜的工艺不断提升，科学家不仅可以用它来观察病原体，还用它来观察生殖细胞，以研究哺乳动物的生殖问题。

长期以来，科学家用二维显微镜观察精子，发现精子是一个长得像蝌蚪的细胞，有一条长长的尾巴。显微镜下有活性的精子四处游动，它们以左右摆动的姿势向前游动，尾巴提供主要的动力，因此在人们的认知中，精子通过左右游动的方式前进。然而去年七月份《科学进展》期刊上发表了一篇论文，该论文否定了精子左右游动的方式，提出了对精子运动方式的新发现。

谁首次发现了精子左右游动的方式？

据说，列文虎克是第一个发明显微镜的人，也是第一个用显微镜观察自己的精液的人。美国作家爱德华·多尼可在他所写的书籍《生命的种子》中记述了列文虎克用显微镜观察精子的起因、经过和结果。那是1677年的一个夜晚，他和他的妻子燃起了性趣，于是两个人发生了性行为，结果虎克在快要射精的时候立即离开床，将自己的精液射在一个容器中。

尽管当时他的妻子很费解，但他还是马上把精液放到显微镜下进行观察。在显微镜下，虎克看到了一粒粒类似沙砾的东西在有些粘稠的液体中游动，有些精子游动的幅度较小，有些精子游动的幅度很大。由于那个时期显微镜的放大倍数还不够高，因此虎克只能得出大概的结论，精液里的精子像水中的水蛇一样左右游动。

随着显微镜的放大倍数不断提升，后面的科学家看到了精子一些更真实的细节，例如它的头部长度很短，而尾巴的长度是头部长度的几十倍。不仅如此，科学家通过观察进一步确定了列文虎克的观察结果，精子以左右摆动的方式向前游动，这一结论也被许多国家列入了生物教材中，成为了人人皆知的常识。

研究人员如何重新认识精子的运动方式？

如果现在告诉你，大家认知中的精子运动方式其实存在偏差，你是否会相信呢？来自英国布里斯托大学和墨西哥国立自治大学的研究人员联合提出了这项研究，他们发现以往在对精子的观察中，研究人员用的都是二维显微镜，因此他们尝试使用最先进的高速三维显微镜来观察精子的运动情况。

他们所使用的系统里有一套高速摄像机，它每秒钟拍摄的帧数高达5.5万帧，因此拍摄得到的画面十分清晰且流畅。另外，显微镜的载物台能够以超高频率上下移动样品，从而实现三维拍摄精子的活动情况。根据研究人员的观察，三维显微镜下的精子在运动的时候头部出现不断旋转的情况，它的尾部也在旋转。

精子的头部在旋转前进的过程中，它的尾巴也在不断地旋转，从而提供向前的推力。总而言之，研究人员通过三维显微镜看到的精子是不断螺旋前进的，而不是以左右摆动的方式前进。在现实世界里精子是三维物体，因此螺旋前进才是它真实的运动方式。其实人们一直认为精子左右游动的观点也是可以理解，毕竟那是在二维显微镜下观察得到的结果。

这项发现说明了什么？

这是人类首次发现精子的三维运动情况，墨西哥国立自治大学的阿尔贝托博士表示，这项研究不仅刷新人们对精子的认知，还有助于科学家研究精子的活力以及自然受精的问题。实际上早在这项研究之前，已经有科学家意识到精子左右摆动的运动方式存在难以解释的地方。来自英国谢菲尔德大学的男科教授艾伦·佩西指出，精子进入女性阴道后会踏上十分艰难的征程。

因为根据研究，女性的阴道、宫颈和输卵管的环境都不利于精子的生存和运动，尤其是宫颈和输卵管。前者允许精子通过的通道十分狭窄和粘稠，后者的管壁上存在起起伏伏的细胞壁，如果精子是以左右摆动的方式向前运动的话，那么绝大多数精子都无法通过输卵管的考验。而这项研究中发现精子采用螺旋前进的方式运动，说明精子能够应对输卵管中的肌肉收缩。

另外，对精子运动情况的重新认知有助于医学家研究生育问题。参与该项研究的布里斯托大学教授贾德尔哈表示，当今世界有一半的不育问题是由男性原因导致的。尽管如今不少医院已经研发出了治疗男性不育症的方法，但目前还没有方法能有效地识别精液中不健康的精子以及对精子进行全面的诊断。

布里斯托大学和国立自治大学的研究人员表示，他们将利用这项研究的发现开发一套精子诊断工具，目的是更准确且全面地发现男性的精子情况，尽早发现潜在的生育问题。

精子如何与卵子相遇？

既然说到了精子的运动方式，相信很多朋友对精子和卵子是如何相遇的这个问题感兴趣。也有不少朋友在中学生物教材中学过这部分的知识，但随着时间的推移相关的知识都已经遗忘了，那么下面笔者带大家一起来梳理一遍精子从射出到与卵子结合的过程，顺便补充一些关于生殖方面的知识。

男性的精子一般由睾丸产生，女性的卵细胞由卵细胞产生，不同的是女性每个月只有一次排出卵子的机会，而且通常只有一颗健康成熟的卵子排出，而男性几乎每天都在产生精子，因此是否能受孕成功在一定程度上还要根据女性的排卵时间来确定。正因为男性和女性产生生殖细胞的频率和数量不同，导致男性一次射精可以产生6000万颗精子甚至更多，而女性的卵子就只有一颗。

那么差距如此悬殊的生殖细胞比例，最后如何确保精子和卵子的成功结合呢？首先，男性精液中有大约三成的精子都是异常的，只有六成精子具备初始竞争力。精子被射出后，在女性体内至少需要通过4个关卡才能和卵子相遇，这四个关卡将绝大部分精子都挡在了门外，最后能成功去到输卵管的精子就只有几千颗或几百颗。

精子首先需要经过阴道的考验，女性受到刺激后阴道会产生黏稠液体，这些液体既为精子营造了游动的环境，又阻碍了大部分精子的前进，只有活力充足的精子才能通过这个关卡。通过阴道后就来到子宫颈，排卵期的女性子宫会分泌出较多稀薄的液体，这些液体中存在一定量的白细胞。由于精子对于女性身体来说是外来物体，因此液体中的白细胞会对精子进行查杀，又有一部分精子止步于此。

通过子宫颈后，精子最终来到了输卵管。它们到达输卵管后无法立即开展争夺卵子的比赛，还需要等待卵子的“发号施令”。在等待的过程中，一部分精子由于前期的征程太过艰辛而消耗了大部分活力，最终无法等到卵子的机会就先失去了活力。剩下的精子静静地等待卵子的呼唤，一旦卵子开放“大门”，它们就会争先恐后地冲向卵子，但这又是一项考验。

精子和卵子相遇后，还要进行最后的竞争

获能的精子冲向卵子后，需要跨越两道屏障才能与卵子完成结合，这两道屏障分别是透明带反应和顶体反应。精子和卵细胞接触后首先发生的是顶体反应，它指的是精子的头部与卵细胞顶体外膜接触后，诱发顶体酶的产生，从而帮助精子穿过放射冠，由此看来这个反应对精子是有利的。

精子穿过放射冠之后会迎接透明带反应的考验，这个反应指的是卵子进入透明带后，卵子发出命令分泌更多皮质颗粒，阻止其他精子与透明带的结合，这是一项防止出现多精受精情况的机制。由此可见，在竞争过程中，只有运动速度最快的精子才能获得和卵子结合的机会。回顾精子和卵子结合的整个过程，尽管精子最初的规模浩浩荡荡，是卵子数量的几千万倍。

但在输卵管中也只有几百颗精子能来到卵子的附近，最后也只有一颗精子有机会和卵子结合。最终成功的这颗精子不仅有实力，而且还有相当不错的运气，与卵细胞结合后形成受精卵，受精卵经过漫长时间的发育后形成胎儿。从精子和卵子的结合来看，每一个出生的人从一开始就已经是赢家了，因此我们是可以应对社会上激烈的竞争，也没理由轻易地放弃自己的生命。