在受孕過程中，人類男性會釋放大約5500萬個精子，它們將為最終與卵子的結(jié)合展開競爭。截至目前，科學(xué)家對精子在追逐過程中復(fù)雜而有節(jié)律的運(yùn)動模式還知之甚少。在一項(xiàng)新研究中，研究者為這種運(yùn)動提出了一個數(shù)學(xué)方程，并表示這將為未來治療男性不育癥提供幫助。

來自英國約克大學(xué)、伯明翰大學(xué)、牛津大學(xué)和日本京都大學(xué)的研究者發(fā)現(xiàn)，精子的尾巴能表現(xiàn)出一種特有的節(jié)奏，推動精子向前運(yùn)動，而頭部則向后方和側(cè)面擺動。

成功的受孕依賴精子在液體中的運(yùn)動，但直至目前，這種運(yùn)動的詳細(xì)情況還很難進(jìn)行研究。“為了在顯微尺度下觀察精子如何在液體中獲得前進(jìn)的推力，我們應(yīng)用了先進(jìn)的顯微高精確度技術(shù)，”約克大學(xué)數(shù)學(xué)系的Hermes Gadêlha博士說，“精子尾部拍打的節(jié)律數(shù)據(jù)被輸入一個計(jì)算機(jī)模型。該模型可以幫助我們了解這種運(yùn)動所導(dǎo)致的液體流動模式。”

“我們用數(shù)值模擬來識別精子周圍的流動情況，但由于液體的組成非常復(fù)雜，這些數(shù)據(jù)在理解和使用上特別有挑戰(zhàn)性。在一份樣品中，我們可以找到大約5500萬個精子，因此可以想見模擬它們同時運(yùn)動的難度有多大，”Hermes Gadêlha繼續(xù)說道，“我們希望得到一個數(shù)學(xué)方程式，可以簡化這一問題，并且更容易預(yù)測出大部分精子游動的情形。這將有助于我們了解為什么某些精子獲得成功，而其他精子最終失敗。”

通過分析精子的運(yùn)動，研究者最終獲得了一個相對簡單的數(shù)學(xué)方程式。該方程式去掉了目前研究精子運(yùn)動時需要的一些復(fù)雜而昂貴的計(jì)算機(jī)模擬。研究者發(fā)現(xiàn)，精子可以進(jìn)行反向運(yùn)動——比如頭部向后移動——使自己朝卵子游過去。精子的鞭狀尾巴具有特殊的節(jié)律，可以將頭部往后拉，并部分抵消掉因體型微小而產(chǎn)生的摩擦力。

“當(dāng)科學(xué)家說精子抵達(dá)卵細(xì)胞的過程有多么不可思議時，情況確實(shí)如此，不過人體是一個非常精細(xì)的系統(tǒng)，可以確保對的細(xì)胞結(jié)合在一起，” Gadêlha博士說，“你會覺得精子的不穩(wěn)定運(yùn)動會使周圍液體流動受到非常隨機(jī)的影響，使周圍其他競爭的精子更難以保持方向，但事實(shí)上，你可以看到在精子周圍形成了很規(guī)則的液體流動模式。”

“這意味著，精子以一種非常協(xié)調(diào)的方式攪動周圍的液體，達(dá)到運(yùn)動的目的，這與磁鐵周圍形成磁場并沒有太大的不同。因此，盡管液體的拉力使精子很難向前運(yùn)動，但利用有節(jié)律的運(yùn)動方式，只有極少被選中的精子能獲得前進(jìn)的推力，” Gadêlha博士補(bǔ)充道。

目前，研究者希望生成一個模型，對更大數(shù)量的精子運(yùn)動作出預(yù)測。他們還認(rèn)為，這一模型將為未來男性不育癥的治療提供幫助。男性不育癥最常見的原因是精液質(zhì)量過低。導(dǎo)致精液異常的可能原因包括少精、精子運(yùn)動異常和異常精子等。

目前許多精液異常的病例還沒有很明確的解釋。有研究指出，陰囊溫度上升與精液質(zhì)量下降之間存在聯(lián)系，但穿著寬松內(nèi)褲能否改善不育癥狀，目前還無法確定。