我们知道，每个人都从受精卵发育而来：几千万个形似蝌蚪的精子，一出生就注定踏入赛道，争先恐后确当那个“最优解”，而后到达“终点”、得到奖赏---与卵细胞结合，孕育出生命的奇迹。
然而，在这一看似属于“知识”的过程中，却有一个长期被人们误解的奇怪知识，那便是---万员赛跑时，精子究竟是如何向前游动的？
让我猜一猜，你脑海里浮现的画面是不是这样的？
恭喜您，回答缺点。
近日，一项揭橥在《科学进展》（Science Advances）杂志上的研究冲破了关于精子“游动”的普遍不雅观点，认为小蝌蚪们提高时，并非靠对称性的二维摆动（如图a)，而是不对称的螺旋式三维提高(如图b)！
图a 海鳗拍浮时的二维摆动
图b 海獭拍浮时的三维旋转
从 2D 到 3D：超过三个世纪的精子研究
300 多年以来，科学家一贯认为人类精子通过旁边对称的办法摆动尾巴（鞭毛）来拍浮。但实在，这一结论并禁绝确，由于我们一贯在用 2D 显微镜不雅观察它们。
1677 年，荷兰人安东·范·列文虎克（Anton van Leeuwenhoek）在显微镜下首次不雅观察到人类精子活细胞（实在是列文虎克本人新鲜出炉的精子）。科学家后来称它们为“蛇状运动，像水中的鳗鱼”，而且这种不雅观点一贯持续到现在，乃至成为“知识”。
然而这次，由布里斯托大学等组成的研究团队，利用最前辈的 3D 显微镜和数学技能，率先重修了精子尾部的 3D 真实运动。
他们利用了一架每秒拍摄超过 55000 帧的高速相机，合营带有压电装置的显微镜载物台，以极高的速率高下移动样品，由此拍摄了精子自由游动的 3D 图像。
由此，研究职员得出结论：精子游动时，其头部并非固定不动，而是会转圈（犹如地球自转），其尾部（鞭毛）也并非在同一水平面上摆动，而是犹如螺丝那样旋转着提高。
论文作者之一、布里斯托大学工程数学系 Polymaths 实验室的卖力人、生养数学专家Gadelha 博士说：“用 2D 显微镜从上方不雅观察时，精子快速、规律的旋转会导致一种错觉，让我们以为精子的尾巴彷佛具有旁边对称的运动，就像‘水中的鳗鱼’。”
但是，Gadelha 说：“想象一下你只能用一条腿拍浮—，在没有手臂帮助平衡身体时，你一定会绕着圈子游，但是如果你拍浮时从一边旋转到另一边，你就可以平衡划水的不对称性。”
聪明的精子：转着转着就提高了
现在我们知道，精子会绕着圈游动，但问题是，如果是绝对的对称绕圈，精子只能在原地打转，不可能快速向前移动。但人类精子彷佛很聪明，它们已经奥妙地找到了向前游动的方法。
为了揭示了精子边转圈边提高的奥秘，Gadelha 领导的研究团队首先利用（x,y,z）轴将精子的 3D 运动切分为两个平面：z 平面和 b 平面。而后利用打算机赞助，记录下不同平面下的运动波形。
通过剖析这些波形，研究职员创造，两个平面的鞭毛特色呈现出各向异性，也便是说，精子尾部（鞭毛）的摆动并非逐一对称，因而不会形成完美对称的标准螺旋转动。
而更加奥妙的是，研究职员创造，b 平面的波能够让鞭毛朝一侧逆时针摆动，属于行波，而 z 平面上的属于驻波。行波让精子能往一侧迁徙改变，驻波给与了鞭毛均匀旋转的能力，担保每一次迁徙改变力能分散到每一个平面。
两种波形并不对称和同等，但它们相互互助才能推动精子往前行进。
正如 Gadelha 博士所说：“我们的创造表明，精子已经找到了一种游动模式来平衡它们的单向摆动，并且通过在非对称性中创造对称性，奥妙地办理了微不雅观尺度的数学难题。”
“然而，人类精子的旋转像水獭一样，非常繁芜：在精子尾巴环绕游动方向旋转的同时，精子头也在旋转。这在物理学上被称为进动，就像地球和火星的轨道绕着太阳进动一样（天文学中称为岁差）。”
精子游动：意见意义还是科研？
看到这里，可能有人会问了：现在我们知道了精子确切的游动办法，又有什么代价呢？
实际上，这项创造首创性地结合了 3D 显微镜技能和数学，可能为揭开人类生殖的秘密带来新的希望。
Darszon 博士说，“这项创造将彻底改变我们对精子活力及其对自然受精影响的理解。对付女性生殖道内繁芜的环境，以及精子游动如何影响受精，我们仍旧知之甚少。这些新工具使我们看到了精子具有的惊人能力。”
论文作者之一的 Corkidi 博士也说道：“这真是令人难以置信的惊喜，我们相信前辈的 3D 显微镜技能将揭示自然界中更多的秘密。有朝一日，这项技能将可用于临床中央。”
资料来源：https://advances.sciencemag.org/content/6/31/eaba5168https://spectrum.ieee.org/the-human-os/biomedical/imaging/spermatowhoaa-human-sperm-dont-swim-like-we-thoughthttps://www.newscientist.com/article/2250415-sperm-have-a-weird-way-of-swimming-and-we-only-noticed-after-300-years/https://eurekalert.org/pub_releases/2020-07/uob-hhs072420.php
