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新研究:精子不是左右摆动前进

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查看115 | 回复0 | 2020-10-29 23:10:11 | 显示全部楼层 |阅读模式
虽然人类很早就使用微生物来做一些有用的事情,例如,发酵过程,但直到17世纪显微镜发明之后,人类才知道了微生物的样子。1673年,“微生物学开拓者”列文虎克用自制的显微镜,首次观测到了微生物。3 j6 Q6 R" F8 f( M/ W$ b! F/ }' _+ F
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此后,列文虎克用显微镜观测了很多东西,其中包括他自己的精细胞,他在1677年首次发现了精子。在显微镜中,精子看起来宛如小蝌蚪,它们的尾巴(鞭毛)能够向两侧对称摆动,从而让它们可以向前运动。
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' ?. K" q/ T8 i& B# D为了到达目的地,长度仅为0.05毫米的精子需要游动漫长的距离,它们必须要足够努力地游动,因为它们只能存活大约三天。最终,2亿个精子中只有一个能够幸运地与卵子结合,所以每个生命从一开始就是胜利者,生命的诞生可谓是奇迹。' a; [! \: z' ^( L* c# a
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然而,就在科学家以为已经完全了解精子的行为时,一项新的研究结果让科学家认识到了一个巨大的错误。精子的尾巴并不是左右对称摆动,它们是采取螺旋前进的方式。也就是说,科学家被精子“欺骗”了长达343年。2 {! o% C/ z- a, o$ d6 m' M* F
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为了研究精子的确切运动方式,科学家使用高速3D显微镜进行观测。这种成像系统每秒能拍摄超过5.5万帧图像,可以追踪运动的每个细节。对捕获到的图像进行建模分析,科学家就能知道精子尾巴的摆动方式。
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  c0 p1 |7 ]9 G3 n1 U结果表明,科学家一直以来误解了精子的运动方式。事实上,精子并非以尾巴左右摇摆的方式前进,而是以螺旋的方式。具体而言,精子的这种独特运动由两个独立的控制系统来主导。
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7 i; g1 |$ [1 J* g: N一种是沿尾巴的不对称行进波,导致尾巴的摆动方向是单侧的。如果只考虑这个运动,精子就会绕圈游动。另外,尾巴上有规律的驻波还会让整个精子沿着游动方向旋转。总体而言,精子是螺旋滚动前进的,它们的头部旋转钻入周围的液体中,尾巴也会绕着中心轴旋转。  _: N0 l, J; ?" p& a* k

9 G- Z5 e: f( S% R: K如果从2D角度看来,精子的这种独特运动方式,看来就像是尾巴左右摆动。这项研究表明,列文虎克当年所看到的精子尾巴左右摆动只是一种视错觉,解决了3个世纪以来关于精子如何推动自身前进的误解。
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. ]% c, A5 L7 f) W1 w5 v; n7 @这样的结果确实令人感到意外,没想到一个看似常识的现象其实是假象。只有当我们从更高维度来观测精子的运动时,才会知道实际情况。当然,随着研究技术的进一步提升,现在所观测到的现象可能也是某种假象,但会比过去的认识更接近现实。- U, |$ c! R/ R. k$ r# s

& h2 y1 g$ r" K2 J对精子运动方式的研究,还能启发仿生学的发展。精子的运动能力很强大,科学家试图以此为模板,制造出独特的游泳机器人,这也许会带来全新的技术变革。
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' e8 l6 \. R' i/ o这种微小的机器人可以在血管中游动,把药物直接送到该去的地方,这显然能够大幅提升效果。想要最终研制出游动能力非常强的机器人,对于精子运动方式的深入研究十分有必要。
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