精子是如何運動的

每個降臨在這個世界上的寶寶都是游泳健將， 對於科學家來說， 粗略觀察精子游泳一點都不難， 但想仔細地研究精子遊動的細節卻不是件容易的事。 因為精子像閃電俠那樣神龍見首不見尾——如果不算尾巴的話， 人的精子身長只有4-5微米， 必須要用高倍數的顯微鏡放大了看才能看清它的模樣;但精子先生每秒卻可以移動幾十倍於自身體長的距離， 高倍的鏡頭壓根跟不上精子先生的速度， 更別說分析它運動的姿態了。

難道我們只能永遠霧裡看花地看精子先生嗎?科學家們自然不會答應。

發表在《美國國家科學院院刊》(PNAS)上的一篇論文裡 ， 加州大學洛杉磯分校的蘇亭偉等三人發明了一種全息影像技術， 終於成功弄清了精子先生的移動方式。

這種技術摒棄了傳統的顯微鏡鏡頭， 而是將含有精子的樣品放置在一塊小晶片上。 在晶片的正上方， 一個紅色的LED燈將光照向精子， 並在晶片上留下每個精子水準移動時頭部的陰影。 與此同時， 另一個藍色的LED燈則以不同的角度照向精子， 使精子垂直移動時產生的陰影也得以被晶片記錄 (圖1)。

圖1. 左圖為全息影像系統的示意圖， 右圖為重組的1575個精子運動的3D模型圖。 不同的顏色代表同一個精子頭部處於這個位置時的時間。

蘇亭偉等發現精子先生們雖然都是搖動著小尾巴前進，

但前進的具體形式卻又可被細分為4種。 其中大約有超過90%的精子採取的是普通前進方式：這些精子以極快的速度前進(每秒140微米， 近自己身長的40倍)。 在前進時， 它們也會偶爾像醉漢一樣左右搖晃。 比較文藝的精子先生則能走成一個非常完美的螺旋型， 但文藝畢竟是稀缺貨， 這類精子先生也只占了全體精子的4%-5%左右。 在剩下的精子先生中， 有一些走得非常狂野， 喜歡橫衝直撞;而另一些則東施效顰， 走法介於文藝型和狂野型之間， 不倫不類 (圖2)。

 

圖2. 精子四種不同的運動方式。 小圖為頂視圖。

雖然我們成功觀察到了精子先生游泳的姿態， 但卻留下了更多的問題：為什麼精子先生會採用4種不同的走路方式?這些方式背後的機理何在?對於精子先生的活性又有什麼影響?想要讀懂精子先生仍然需要更多的努力。

不過目前學界對這項不用顯微鏡的觀察技術也很是興奮， 研究精子先生的無疑多了一項利器， 需要看清其他微觀物體的實驗室也有了新的研究思路。 “下一步?我們要看清精子先生的小尾巴!”蘇亭偉的導師如是說。