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Physic Rev Letters:精子是如何运动到达卵细胞的呢?数学家还研究这个?

2017-3-22 作者:生物谷   来源:生物谷 我要评论0
Tags: 精子  数学模型  卵细胞    

研究人员已经建立了一个数学方程,这个方程是基于精子头尾的节律性运动规律得来,可以显著降低明白和预测精子如何穿越重重困难到达卵细胞并使之受精的复杂性。

来自英国约克大学和日本京都大学的研究人员发现精子尾部可以通过一个特殊的节奏推着精子前进,但同时也会以一种协调的方式使头部往后或者往旁边运动。

成功受精依赖于精子如何穿过体液,但是要抓住这个过程的细节却是相当困难的。(你懂的)

研究团队希望使用这些新发现研究大量的精子如何运动并相互作用,这个任务是现有的观察技术无法完成的。这项工作还可能为治疗男性不育带来新观点。

来自约克大学数学系的Hermes Gadellha博士说道:“为了在微观尺度观察精子如何克服阻力前进,我们使用了现在最高端的高精度成像技术。”精子尾部运动的检测数据被引入到计算机模型中,这可以帮助明白这种运动导致的液体流动模式。

“我们需要大量的模型去鉴定精子周围的流体,但是由于流体结构复杂,因此我们很难明白和使用这些数据。我们的样品中约有5500万个精子,因此可想而知要同时模拟它们的运动方式是多么的困难。”

通过分析精子头尾部运动模式,研究人员表明精子以一种协调的节奏移动液体,这个过程可以通过相对简单的数学方程进行计算。这意味着不再需要复杂而昂贵的计算机模拟就可以明白精子游动时液体如何运动。

研究人员表明精子能够进行多种协调的动作,例如为了向前加速突破并进入卵细胞而后退等。

Gadelha博士说道:“当科学家说精子到达卵细胞是一件多么奇迹的事情时,确实如此,但是人体有一个非常先进的系统,可以确保正确的细胞在一起。你会假设精子躯干的运动对周围流体的影响是随机的,但是这会使得精子更难驾驭这些流体。但是事实上你会发现精子周围的流体会形成一种有序的模式。这表明为了前进,精子会以一种很协调的模式搅动周围的流体。因此尽管流体使得精子难以做出前进的动作,但是它确实可以配合它的节律性动作确保仅仅只有一些精子可以向前运动。”

现在该研究团队有了一个可以预测精子周围流体运动的数学方程,下一步就是使用这个模型预测更大的细胞。他们还认为这将对治疗不孕不育的新方法产生影响。

原始出处:

Kenta Ishimoto, Hermes Gadêlha, et al . Coarse-graining the fluid flow around a human sperm. Physical Review Letters, March 2017



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