精子是如何前进的？
这和伽利略在1609年发明望远镜一样意义重大，第一次用于天文学。一个扩展了人类视觉，另一个扩大了人类视觉。
莱文·胡克和伽利略的区别在于，他的主业是布料商，他从未经历过系统的专业教育，但他对肉眼看不见的微小世界特别感兴趣，这使他成为微生物学之父。
因为在主业期间，他经常用放大镜观察布料的质量。其实放大镜本身就是一个放大倍数非常小的显微镜，只有几倍放大。
为了看得更清楚，看到更多的细节，它经常改进自己的观察设备，于是莱文·胡克发明了第一台放大200倍的光学显微镜。
随着放大倍数的增加，他看到了以前看不到的世界，从此爱上了微观世界。他想看看他在显微镜下看到的一切。在他发明第一台显微镜的同一年，他发现了人们以前从来不知道的微生物。
一天晚上，在他和妻子完成工作后，他突发奇想，把自己的遗传物质放在显微镜下观察。他看到一个活的微生物，尾巴左右摆动，那是人们从未见过的精子。
第二天，他向科学院报告了这一重大发现。他的描述说他看到了无数活着的微生物。
此后，人们对精子及其活动方式的认识一直停留在莱文·胡克的发现上。它们认为精子在液体中的游动方式和我们常见的鳗鱼、蝌蚪一样，左右摆动尾巴为自己提供前进的动力。
而且在接下来的200年里，人们还认为精子是有生命的，是蝌蚪一样的完整生命。它包含了一个“矮子”，它进入女性体内寻找卵子，只是为了寻找发育的地方。
也就是说，卵子对生命没有实质性的贡献，它只是为精子的发育提供了一个生长空间。直到18世纪，随着表观遗传学的发展，这一观点被推翻，人们才意识到男女对后代的贡献是一样的。
然而，科学家对精子运动的状态有一个错误的理解，因为即使是现在，你也可以用最先进的显微镜看到蝌蚪左右摇摆。
所以从来没有人质疑过这个问题，大家都认为这才是精子真正的运动状态。
然而，对精子的观察是从2D的角度进行的。随着3D显微镜技术的发展，科学家们在去年试图对精子的运动及其尾巴的快速运动进行3D建模。
因为精子的尾巴非常小，只有头发的1/2宽度，而且它的尾巴摆动速度非常快，是否能达到每秒20次，所以科学家们使用每秒可以拍摄55000张照片的超高速相机，从3D角度扫描精子的运动。
人们发现精子的运动比我们想象的要复杂得多。它的尾巴不是在身体两侧左右摆动，而是在一侧快速摆动。
很明显，一侧的快速摆动会给精子提供一个不对称的力，导致精子在原地打转，无法向前游动。就像船的桨压在边上，船应该不是想走直线，而是会转圈。
但是精子找到了处理这种不对称的方法，那就是绕轴旋转，从而由不对称创造对称。提供了前进的动力。在3D中，它像水獭一样游泳。
它更像是整个太阳系的行星在银河系中跟随太阳的轨迹。
上图从3D视角展示了精子的运动方式和尾巴摆动的方式。可以看到它的尾巴只在一边快速摆动，但在精子旋转的同时，它的尾巴似乎也在左右摆动。
从2D的角度来看，精子看起来像蝌蚪，只是摇着尾巴游泳。
现在想来，如果精子只是左右摇摇尾巴，那就太难游了，尤其是在液体稀少、粘稠、满是颠簸的路上。因为动力太小，前进更加困难，很可能会中途搁浅。
但是像钻子一样的螺旋进动，不仅力量大，而且更稳定。这种游泳方式为精子快速找到卵子提供了很大的帮助。
从微小的精子中，我们可以看到自然界最基本的原理，从水獭游泳到行星运动。
但精子所包含的秘密远不止这些。每一次上亿个精子争夺一个卵子，我们以前都觉得是一场公平的障碍赛。
在赛道上，组织者会放置一些物理障碍，如赛道狭窄、途中障碍、死角、弯道等。，还有化学武器，比如主办方的免疫细胞追逐外来精子，赛道上环境的变化。
这些对精子都是致命的危险。大部分精子会中途死亡。最后只有少数精子能看到卵子，最后只有一个精子能和卵子结合。
我们一直认为精子只是纯粹的参赛者，它们会和平相处，而最终获胜的精子往往是更强壮、游得最快的。
然而，最新研究发现，赛道上的精子马拉松并不是简单的障碍赛，而是道具赛。玩过极速竞速游戏的朋友应该都很清楚道具赛的规则。除了主办方设置的障碍，玩家还会用道具互相伤害。
是的，精子就是这样。他们会成为竞争中无情的竞争者。
生物学家发现，一些精子在染色体17上含有T单倍型基因。带有这种基因的精子可以释放有害物质来“毒害”其他没有这种基因的精子，导致这些精子失去协调运动的能力。
为了不中毒，T单倍型基因的精子也会释放“解药”，但这种解药只对自己有效。
那些中毒的精子不会因为失去协调运动的能量而走直线，而是在原地转圈，直到死去，没有中毒的会全速冲向卵细胞。
这个事实告诉我们，生活从一开始就不是绝对公平的，最后的赢家不一定是游得最快的人，但却有更有优势的基因。
doi . org/10.1371/journal . pgen . 1009308