模型表明哺乳动物精子细胞有两种游泳模式

一个新的数学模型预测，哺乳动物精子细胞有两种不同的游泳模式。这一预测开启了精子细胞运动活动与其过度激活阶段之间潜在联系的新问题，过度激活阶段可能在受精过程中发挥重要作用。这一发现是利用数学和流体动力学来描述哺乳动物精子运动的更大努力的一部分。这项研究是由加州大学圣地亚哥分校的一组工程师领导的。这项新研究发表在2023年11月15日的《物理评论》杂志上。

　　

一个新的数学模型预测，哺乳动物精子细胞有两种不同的游泳模式。这一预测开启了精子细胞运动活动与其过度激活阶段之间潜在联系的新问题，过度激活阶段可能在受精过程中发挥重要作用。这一发现是利用数学和流体动力学来描述哺乳动物精子运动的更大努力的一部分。这项研究是由加州大学圣地亚哥分校的一组工程师领导的。这项新研究发表在2023年11月15日的《物理评论流体》杂志上。

哺乳动物的精子细胞通过前后拍打鞭毛来推进自己，这要归功于化学动力马达，这些马达沿着鞭毛驱动波浪，鞭毛是线状的附属物。

研究人员的游动精子的新模型捕捉到了其运动动力学和鞭毛形状变化(变形)以及精子头部运动之间的相互作用。该模型还解释了精子运动时周围复杂的流体力学。

这个新模型预测，哺乳动物精细胞的游动速度并不是简单地随着其化学马达活动的增加而增加。相反，当游动精子的运动活动增加时，这种运动活动超过了一个阈值水平，在这个阈值水平上，第二种独特的游泳模式出现了。第二种模式可能与精子过度激活有关。

在游泳模式一中，哺乳动物精细胞的头部前后摆动比在游泳模式二中摆动得更多。在游泳模式二中，鞭毛的波浪状跳动比在游泳模式一中更强烈。(参见相关视频，观看游泳模式一和游泳模式二的视觉对比。)

“虽然我们不能肯定地说，这个新模型预测了精子过度激活的现象，这种现象经常发生在受精前，但这肯定是一个有趣的可能性。”我希望进一步的研究能够澄清我们模型中看到的运动转变是否确实与精子过度激活有关，”加州大学圣地亚哥分校教授David Saintillan说，他是这篇新论文的通讯作者，也是加州大学圣地亚哥分校雅各布斯工程学院机械和航空航天工程系的流体力学研究员。

“工程师和数学家有很多机会为我们对生物学的理解做出贡献。例如，我们在流体动力学领域研究的越来越多的模型，正在成为理解生物系统动力学的重要工具，比如运动。在某些情况下，模型允许我们测试无法通过实验轻松解决的机制或假设。在这种情况下，模型非常有用。”

Saintillan指出，对哺乳动物精子运动机制的研究就是一个例子，在这个问题上，模型与实验一起发挥了关键作用。“你不能通过转动刻度盘来控制活精子细胞的运动，但有了像我们这样的模型，你可以加速或减慢精子的运动活动，并观察运动是如何变化的。”