子宫颈粘液模拟物中的虚拟人类精子：尾部由增强涂层（蓝色）增加强度和稳定性。
近日，来自美国约克大学和牛津大学的研究人员发现，覆盖在人类精子尾部的一层强化外层，赋予了精子力量，使它们能够进行有力、有节奏的撞击，从而突破宫颈粘液屏障进行体内受精。相关论文发表在《英国皇家学会界面杂志》。这些发现可能会帮助辅助生殖医生开发更好的精子选择方法，在更接近自然的条件下识别出最健康的精子。
宫颈粘液比水粘稠100倍，是艰难的自然选择之一。宫颈粘液在女性体内形成了精子筛选过程的一部分，以确保只有最健康的精子才能与卵子结合。在5500万个精子中，大约只有15个精子能够通过女性生殖道。约克大学数学系的Hermes Gadêlha博士说：“我们仍然不完全了解精子游动的机理，但精子游动的能力可能与基因的完整性有关。”
“在精子选择过程中，医院目前并不使用高粘度的液体来挑选最佳精子，因为到目前为止还不完全清楚这是否重要。我们的研究表明，在选择精子进行体外受精时，需要更多的临床试验和研究来探索自然环境中这一因素的影响。”
精子的尾巴非常复杂，其长度仅相当于一根头发的宽度。研究人员使用虚拟精子模型来比较人类等体内受精的哺乳动物和体外受精的海胆的的精子尾巴的异同。结果发现，虽然海胆和人类精子都有柔韧的细胞核，但哺乳动物精子的尾巴可能会进化出强化外层以增加强度和稳定性，进而克服宫颈粘液屏障来进行体内受精。
研究人员使用虚拟模型来添加和删除不同物种精子尾巴的特征，以便确定它们的功能。并测试了虚拟的海胆精子在宫颈粘液等黏性液体中游动的能力，发现它们的尾巴在压力下会迅速弯曲，无法推动自己前进。而人类精子会低黏度的液体中疯狂地跳动，在较粘稠的液体中，则开始以强有力的节奏波游动。
Gadelha博士补充说：“使用虚拟精子，我们能够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。但我们不知道哪一种适应是首先出现的——更强壮的精子还是宫颈粘液，或者它们是否共同进化。但在自然界中没有任何一种适应是偶然的，而由于数百万年来的进化压力，物种繁殖所需的确切条件已经被添加进来。”
但由于没有中枢神经系统来决定精子何时何地如何运动，这仍然是一个科学之谜。Gadelha博士说：“就像在我们的胳膊和腿一样，精子也有微小的肌肉，可以让它们的尾巴弯曲，但没有人知道在纳米尺度下，这是如何在尾巴内部协调的。精子是一种自组织结构，运动似乎是自主发生的，这可能是多种机制共同作用的结果。”
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编译：花花
责编：张梦
期刊来源：《英国皇家学会界面杂志》
期刊编号：1742-5689
原文链接：
https://phys.org/news/2019-03-mathematicians-reveal-secret-human-sperm.html
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