精子是怎么在茫茫子宮中找到小小卵子的？

關于精子有什么冷知識？

圖片：geralt / CC0

關于精子有什么冷常識？

菠蘿科學獎，標的目的好奇心致敬

我來說一個：

【精子是怎么在茫茫子宮中找到小小卵子的？答：瞎撞】

來自 2018·菠蘿科學獎數學獎的或將研究

獲獎團隊：巴黎高檔師范學院楊靖團隊

試想，你和幾億小我被同時囚禁在一個直徑一千多米的鐵罐子中，里面沒有空氣沒有光，只有水。在罐子的某個角落，只有一個小口兒能通標的目的外面，誰先找到這個小口兒誰就能逃出去。一旦有人當作功逃生，出口就會被封起來，剩下的人永遠也不成能再出去了。更恐怖的是，鐵罐的外形一點兒也不法則，并且，每小我只能攜帶一個氧氣瓶。

圖片來歷：marsh_bett

這個恐怖的場景并不是來自科幻片子，而是我們每小我都曾經“履歷過”的一場競賽。鐵罐子比方的是母親的子宮，我們每小我都曾經“是”數億個精子選手中的一員，在母親的子宮里盡力尋找通標的目的卵子的出口。精子找到卵子的那一刻，即是我們生命起頭的那一刻。

人類的子宮長得有點兒像一顆倒置的梨，大約 5 厘米寬，7.5 厘米長。在子宮的兩側各有兩個大約 0.3 毫米寬的啟齒，毗連著一對輸卵管，母親的卵子會隨機地呈現在此中一條輸卵管的某個處所。要想從父親的幾億個精子中脫穎而出逃出生天，你就得摸著黑敏捷進入輸卵管，找到那顆卵子。

固然有很多科學家在內窺鏡中不雅察過精子的活動，但人們都還不清晰精子在茫茫子宮中到底是若何找到卵子的，因為內窺鏡能探測的規模只有戔戔幾微米。為了搞清晰這個問題，巴黎高檔師范博士后楊靖決議從理論上開展研究，成立了精子在子宮中活動的二維數學模子。

楊靖假設，精子的活動軌跡有點兒像桌上的彈珠。若是沒有撞到鴻溝，精子就會以大約每秒 75 微米的速度沿著一條直線游動。若是撞到鴻溝，精子就會隨機地以一個角度反彈出來，然后繼續沿著一條直線游動。

人類子宮和輸卵管啟齒的二維模子。

顛末大量公式推導和數值模擬，楊靖發現，在人類母親子宮的二維模子中，精子進入有卵子的那條輸卵管的平均時候大約是 17 個小時，這跟先前的嘗試數據根基一致。而且，他們發現，子宮的外形會嚴重影響精子逃生的平均時候。在狹長的子宮或者扁平的子宮中，精子逃生的平均時候比力短。在圓形的子宮中，精子逃生的平均時候可能會耽誤好幾倍。

子宮的長寬比ρ和精子平均逃生時候<τ>的關系。

楊靖指出，精子尋找卵子的過程在動物的繁衍中飾演著主要的進化意義。稀有據顯示，在曩昔的 40 年中，西方男人的精子數目一向鄙人降。有證據顯示，精子濃度下降到 25%時，就可能導致不孕不育癥。是以，研究精子尋找卵子的數學理論有著主要的實際意義。

為了獎勵他們對人類精準投胎的量化盡力，我們決議授予他們 2018 菠蘿科學獎數學獎。

（編纂：Gonfree）

題圖來歷：

參考文獻：

J. Yang, I. Kupka, Z. Schuss, D. Holcman, Search for a small egg by spermatozoa in restricted geometries, Journal of Mathematical Biology, Volume 73, Issue 2, pp 423–446 (2016).

發表于 2019-10-22 08:00
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