精子的世界非常激烈:
物理学家通过对精子游动方式的研究发现,当精子周围的液体变得具有“粘弹性”时,它们会集结成紧密的群体。
粘弹性的液体不仅粘稠,而且具有弹性和延展性
在受到扰动的时候会弹回原先状态。
科学家观察了牛精子在不同液体中的游动情况,发现正是这种粘弹性使精子聚集成群。
如果周围液体粘稠而不具有弹性,精子则倾向于单独游动。
在近期于美国巴尔的摩举行的“美国物理学会三月会议”上研究者报告了他们的初步发现。
粘弹性液体——如鼻粘液、橡皮泥和融化的马苏里拉奶酪等——在生物学中十分常见。
专注农业的Chih-kuan Tung博士称,在生殖道里发现的粘液也属于粘弹性液体。
他说:“我们谈论的已经不仅仅是满足好奇心的物理学问题,而是它们必须要克服的真实环境。”
尽管精子要经过残酷的竞争才能到达卵细胞并使其受精,但游动精子之间也存在合作行为,并且在好几个物种中都有发现。
一些啮齿类动物的精子甚至具有钩子形状的头部,能帮助它们连接在一起形成精子“列车”。
不过,Tung博士及其同事感兴趣的是,是什么因素促使自由游动的精子集结成群或各自分散。
“如果你仔细观察,你会看到这是非常动态的过程,”,且“会有新的细胞加入到群体中,同时也有细胞离开群体。
“偶尔它们互相碰撞,你会暂时看到一个群体出现,而后又非常快地溶解。”
研究团队还不清楚为什么液体的粘弹性对精子如此重要;这可能与精子尾部在液体中移动的方式有关,组成群体的精子大部分但不是全部
尾部都是同步移动的。研究者正利用高速摄像机对其中液体流动的模式进行更深入的研究。
Tung博士提出,如果延展性和弹性较高的液体确实对精子游动有重要作用,那么可以考虑将其运用到试管婴儿的实施过程中。
“目前,我们只是将精子和卵子放在一个试管里,希望它们找到对方,”Tung说道。
他还补充称,有一个改进试管婴儿技术的提议就是给予精子一段包含障碍的过程,更加接近自然状态下的情况。
他们认为自己找到了一个很有价值的研究集体运动模式的工具——主要是因为精子的构造非常简单。
“当你思考生物学中的群体动态时,更加显而易见的选择可能是观察动物,”。但是,鸟类和鱼类的巨大群体由非常复杂、多变的生物组成。
“它们四处查看,不断思考,然后再进行移动。这种思考使物理学家很难进行模拟,”精子的活动生活方式则相对整齐划一,而且不具备思考能力,“是一个能更好理解群体内在物理学特性的系统。