麦肯锡健康带你探索精子的科学简史

从19世纪开始人们开始发现并正式精子问题，直到今天，我们对于这种小蝌蚪的活动以及构成了解也并不全面，而目前随着环境污染，男性的精子质量普遍下降，所以我们要了解：精子到底是什么——这或许是未来研发男性生育能力的关键所在。而每个在看这篇文章的人都曾是一场战争的胜利者。那一天，精子“亿舸争流”奔向一颗卵子——只有一个既强壮又幸运的精子最终敲开了卵细胞羞涩的大门，结合成受精卵，成为最初的某人。一大堆小精子争着钻进卵子中的图景相信大家都并不陌生。
而由于在多数物种中，两性个体都可以跟多个异性进行交配，生殖战争的战火也从交配前的“如何让对象选择我”蔓延到了交配后的“如何战胜隔壁老王的强大生殖能力”。
在这样的情况下，雄性们常常会产出数量巨大而生产成本相对较低的精子，以期在是卵子受精这件事情上增加自己的竞争力，尽可能产生更多来自自己的后代。
“所有的优秀科学家本质上都是教条破坏者。他们的视线永远都盯在那些与现行理论不一致的现象上。”皮特尼克对科学人说，“多数性选择理论的构建都基于同一种遍在的模式——雄性产生大量的、低投入的精子，而雌性产生少量的、高投入的卵子。
但按照这样的基础理论，‘巨大精子’根本就不应该出现。但这些现象出现了，而我们的基础理论也是对的话，我们就需要找出让演化青睐这些‘例外’的条件。”进化生物学家斯科特·皮特尼克
“没有其他的细胞能这么做，”皮特尼克说，他研究精子的时间已经超过了20年。“它们有这种自主权。”
在他的实验室里，通过生物工程技术，皮特尼克使果蝇精子的顶体发出游魂一般的红光和绿光，通过观察肢解后的雌果蝇的生殖腔中的光亮，他可以观测到精子在其中的运动。他期待着自己的工作能够揭示精子在雌性身体中的行为，到目前为止，这方面研究仍处在起步阶段。终有一天，研究成果的革新可以揭示为什么在动物世界中精子存在着多种多样的形态。不仅如此，研究者们最终也可以借此找到人类不育的解决方案，也能发明更有效的男用避孕药。
“我们对精子的功能和行为几乎一无所知，”皮特尼克说。这些未解之谜的答案和可能就隐藏在这个谜题的另外一半：雌性的身体中。安东·范·列文虎克（AntonvanLeeuwenhoek）很有可能是第一位详细研究精子的科学家。
这个荷兰人发明了早期的复合显微镜。开始于17世纪70年代中期，范·列文虎克仅用他的新工具检查了一些与性无关的东西，例如蜜蜂的刺，人虱和湖水。
同事们敦促他将显微镜用于检查精子。但是他担心，关于精子和性交的书面报告会被认为伤风败俗，所以他退怯了。直到1677年，他才最终同意。在检查自己的精液时，他立刻被其中扭在一起的微型“微生物”震惊了。
他犹豫着，不知道该不该把自己的发现告诉同事，范·列文虎克为伦敦皇家学会写了一封踌躇不决的信，信中描述了他在1677年的发现。“如果大人您觉得，这些观察结果会让受教育的人感觉恶心或者引发丑闻，我以最恳切的心情恳请大人您不要声张，要发布、要销毁都悉听尊便。”他的“大人”（皇家学会的会长）最终选择吧范·列文虎克的研究结果发表在了1678年的《自然学会科学报（PhilosophicalTransactions）》上，以此打开了精子生物学的全新领域。
“我们很难断言，这些不断扭动的微型逗号对当时的科学家来说有多么神秘。在这些“微生物”被发现之前，人类如何生殖繁衍的理论层出不穷，”鲍勃·蒙哥马利（BobMontgomerie）说。
他是位生物学家，在加拿大皇后大学（Queen'sUniversity）研究动物生殖。例如，有些人认为，男性射精时产生的蒸汽以某种方式刺激了女性，使她们怀孕，另一些则认为，其实是男人在体内产生了婴儿，再将他们转移到女性子宫中发育。
“你能想象那种困难么？他们连发生了什么事请都不知道，”蒙哥马利说。这也意味着：在没能观测到精子和卵子的前提下，这些科学家们真正地在凭空想象他们的理论。17世纪，不少研究人员都认为，每一个精细胞中都包含着一个微小，但已预先成型的人类。这幅尼古拉斯·哈尔索伊科尔（NicolaasHartsoeker）在1695年绘制的素描中就画出了这种想象。
甚至在1677年范·列文虎克发现了精子的将近200年后，科学家们才在人类形成的过程上达成一致。
在这个漫长的过程中，形成了两类主要观点：一方面，“先成论（preformationism）”的支持者相信，每一个精细胞——或者每一个“蛋”，说法会因人而异——包含着一个微小，但已预先成型的人类。在这种理论下，蛋——或者精子——仅仅为这个过程提供了发生的地点。
另外一种理论，“后成说（epigenesism）”则认为，女性和男性都为新组织的形成提供了材料，但是到底是谁提供了什么样的材料，他们也说不清。
18世纪的发现为这个论点提供了更多的证据，包括1759年科学家们观察到，鸡胚胎中的器官是按顺序生长的。
随着显微镜的进步，19世纪中期的研究人员观察到了海胆卵中胚胎的发育过程（海胆卵是透明的）。这些发现都进一步否定了“前成说”，并使研究者能够继续探索精和卵是如何共同创造新的器官的。精子的研究也带动了对其他身体系统的研究。在20世纪60年代，研究人员分离并命名了“动力蛋白（proteindynein）”，这种蛋白质是精子能够活动的原因。
“结果是，这种驱动蛋白负责着细胞内所有类型的运动，”密西根奥克兰大学的荣誉教授查尔斯·林德曼（CharlesLindemann）说，他之前是研究精子活动的专家。
今天我们知道，动力蛋白与微型细胞结构，比如纤毛和鞭毛的运动密不可分，这些活动是不少身体机能的关键因素。
依然，起步阶段的生育学进展缓慢。当时本来就少有做研究工作的科学家，更不用提研究精子的科学家了，蒙哥马利说。据他估测，当时从事精子研究的只有几打人；
相比之下，今天有将近40万个科学家在研究着癌症。“当时也有人在做这方面的研究，但是可能根本不够，”蒙哥马利说。
皮特尼克补充道，最初的那几个研究精子的科学家有可能没意识到女性生殖系统在繁殖中的重要性——这种疏忽解释了始终存在于这个区域的谜题。
“原因之一是男性生物学上的偏见导致了他们认为女性是这个过程里不重要的一部分，这种观点可以一直追溯回‘先成论’的观点，”皮特尼克说。从偏向技术的视角来看，雌性体内的精子运动，逻辑上来说，相当难以观测。就像皮特尼克指出的，在雌性生殖系统中安置摄像机是件很难做到的事。
然而，并不是所有物种都是同样的策略，果蝇（Drosophila）就是一个例外。它们的精子非常长，二裂果蝇（D.bifurca）的精子甚至长达5.8厘米，达到它们身体长度的20倍！
这可不是什么耍帅无需代价的特征——在果蝇中，精子的长度与雄性产生及被射出精子数量都呈现强烈的负相关，拥有巨大精子的雄性二裂果蝇，生产的精子数量只有雌性生产的卵子数量的区区几倍。
理论上说，费力气生产这么长精子将降低雄性果蝇的生殖竞争力才对。这样的“巨大精子悖论”也因此成为一个难以解释的现象。
“在挺久之前，我们就知道是雌性的性选择推动了精子的进化——换句话说，一些物种的精子之所以变得很长，是因为雌性进化出了对长精子的‘偏爱’。
但是这样的结论无法让人满意的，因为我们不知道为什么雌性会有这样的偏爱。”皮特尼克对科学人说。
“其实，在大部分体内受精的物种中，雌性都有长期储存精子的器官，哺乳类是为数不多的例外之一。只有一些雌性蝙蝠具备让精子活力维持数月的能力。
”皮特尼克告诉科学人，“储精器官最大的好处在于，雌性可以借助它控制何时何地产出后代——它把授精和受精的两个阶段分隔开来了。她们还可以选择是否保存不同雄性的精子，再通过各种手段控制产下其中谁的后代。”
在皮特尼克专注于果蝇的同时，精子也吸引了致力于帮助人类夫妻怀孕的现代科学家们。皮特尼克的发现也可能无意中帮到他们的忙。“在很多情况下，某对特定的男性和女性的生殖系统可能并不兼容，而他们也不明白内在的机理，”
他说。“如果我们搞明白精子和女性之间的互动，也肯定能或多或少了解受孕的机理，甚至为不孕不育找到新的解决方案。”
琼斯顿说，科学家们仍然面对着一个最基本的问题：精子到底是什么？
“我们得搞清楚精细胞到底是由什么组成的，”琼斯顿说。他一直在做精细胞蛋白质全成分分析——这是有效发现精子质量下降的至关重要的第一步。“知道了它的构成，我们就有可能开始明白到底要阻止（精子质量的降低）什么了。”
皮特尼克自然同意他的说法。在早期范·列文虎克等人展现出的羞赧在这个领域已经不复存在了.
他说。“我觉得到了今天，没有多少科学家会因为谈论这种话题而感到任何程度的不适，”皮特尼克说。对他个人而言呢？“我爱精子生物学，”他回答，“我会给所有喜欢听的人讲这事儿的。”然而小麦提醒大家随着社会科技的发展，虽然生活看似越来越好，但是环境污染却是不能逃避的事实，而我们的生育能力也在不断的下降。从不孕不育人群每年都有一轮持续增长的新高就可以看出来。
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