一项新研究揭示了精子如何改变游泳模式顺利找到卵子，从一种使精子直线运动的对称运动转变为环形游泳的不对称运动。
这种行为上的变化被称为“过度活跃”，一旦精子靠近卵子，它就会扫过该区域，从而提高精子找到该区域的几率。
在体外研究中，研究人员设计了带有微米大小通道的微流控芯片，这样他们就可以用显微镜和高速摄像机观察牛的精子。
通过揭示其中的机制，这项研究不仅解开了精子如何导航到卵子的谜题，而且对人类体外受精和奶牛繁殖也有启示，并为工程师设计微型游泳机器人提供了新思路。
“通过了解是什么决定了导航机制，以及精子到达卵子的生物物理和生化线索，我们可能会利用这些线索来治疗不孕不育的夫妇，并选择体外受精的最佳策略。”该论文的资深作者、农业与生命科学学院食品科学系食品化学与成分技术Youngkeun Joh助理教授Alireza Abbaspourrad说。
这项名为“哺乳动物精子过度激活通过物理边界调节导航并促进伪趋化”的研究发表在《美国国家科学院院刊》网络版上。
这篇论文阐明了数百万精子是如何通过雌性哺乳动物的生殖道，最终只有少数精子到达受精点的。精子紧贴着侧壁，在生殖道上下流动的少量液体中沿直线游动。但一旦精子到达子宫交界区，进入输卵管并向卵子移动，钙离子就会涌入它们的鞭毛，引发过度活跃和循环游动。需要更多的研究来确切地了解是什么触发了鞭毛中的钙内流。
微流控芯片使研究人员能够控制环境。研究小组记录了精子沿室壁游动的情况。然后他们测试了包括咖啡因在内的化合物，这些化合物可以增加细胞细胞质中的钙离子。他们记录了精子在钙存在下的行为转变，从对称的直接游动到过度激活的环形游动，这意味着精子不再紧挨着细胞壁。如果没有这种转变，精子可能会陷入死胡同，卡住。
“事实证明，这种(游泳)状态是受精所必需的。”Abbaspourrad说，尽管这些观察是在体外实验室进行的，但它提供了一种可能发生在体内的感觉。
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