人類精子如何游泳：像戲水的水獺螺旋前進
英國布里斯托大學（University of Bristol，UOB）與墨西哥國立自治大學（Universidad Nacional Autonoma de Mexico，UNAM）的研究人員，最近打破了生育科學領域人們對精子游動的普遍認知。
300 多年前，荷蘭科學家雷文霍克（Antonie van Leeuwenhoek）使用早期顯微鏡觀察人類精子，對精子的描述是「有尾巴，游動時鞭子形狀的尾巴會像蛇擺動，彷彿鰻魚游泳。」
然而直到最近，科學家才發現這其實是視覺錯覺（optical illusion）。
UOB 的 Hermes Gadelha 博士及 UNAM 的 Gabriel Corkidi 博士、Alberto Darszon 博士，利用最先進的 3D 顯微鏡與數學計算，建立精子尾巴游動的 3D 模型，使用每秒記錄 55,000 幀影像的高速攝影機及帶壓電裝置的顯微鏡載物台，精子樣本能以極高的速率上下移動，同時研究人員自由地 3D 掃描游動精子。
研究結果揭示，其實精子是搖搖晃晃地螺旋向前游動，且尾巴只會朝單側轉動，雖然這看似讓精子原地繞圈，實際上精子找到適應此擺動方式的同時，還能向前游動。
新論文發表在《科學進展》（Science Advances）期刊。
▲ 300 年前到現在的精子游動模型。
UOB 工程數學系 Polymaths 實驗室（Polymaths Laboratory）負責人兼生育數學專家 Gadelha 博士說：「人類精子就像戲水的水獺，以螺旋方式在水中移動。精子會在游動時旋轉，而單側划水可使整體平衡並向前游動。」
用 2D 顯微鏡觀察精子時，由於精子快速游動及同時轉動造成觀察者錯覺，會誤以為精子左右對稱移動，雷文霍克 17 世紀時以顯微鏡觀察到的就是這種樣子，於是將精子移動方式描述為像鰻魚。
▲ 精子游動的 2D 模型。
▲ 精子游動的 3D 模型。
Gadelha 博士解釋：「我們發現精子找到一種方式補足游動時的不平衡與不對稱，精子在不對稱中建立對稱性，巧妙解決微觀尺度的數學問題。然而，似水獺的人類精子旋轉其實非常複雜，精子頭部旋轉時，尾部會繞著游泳的方向同時旋轉。這個運動過程在物理學稱為進動（precession），就像地球或火星自轉時，亦有自己的公轉軌道繞著太陽進動。」
目前無論臨床或研究使用的電腦輔助精液分析系統，都是看到精液運動的 2D 模式圖。就像雷文霍克第一次觀察精液並用該系統分析精液品質，仍因視覺錯覺而認為精子是以對稱性方式運動。
▲ 精子尾部的游動方式是以頭部為中心旋轉，以螺旋運動巧妙抵消單側擺動，亦即藉由不對稱達到對稱，使精子向前游動。（Source：polymaths-lab.com）
Gadelha 博士補充：「男性要為不孕負一半責任，因此了解精子尾部的運動是未來開發診斷工具、辨認不健康精子的基礎。」
這項研究徹底改變人們對精子的理解，亦會影響自然受精。時至今日，我們依然對環境複雜的女性陰道及精子游動如何影響受精所知甚少，研究團隊相信，先進的 3D 顯微技術會幫助我們揭開更多精子的神祕面紗，有朝一日，這項技術會廣泛應用到臨床醫學中心。
（首圖來源：shutterstock）