精子是如何追到卵子的？

所有精子來到這個世界上只有一個目的——獲得卵子的垂青，與卵子結合。唯其如此，才能鳳凰涅槃，創造新生命。如果得不到卵子的青睞，精子就如曇花一現。所以，每個精子在被排出之時，只能前進，決不停滯，更不能走回頭路。

精子的不同前進方式

一名男子如果每次排出的精子數達不到2000萬個，就很難有精子與卵子會合。所以，成千上萬個精子即便拼盡了全力，每次也只有一兩個精子能修成正果。那么，如此慘烈的競爭不是在浪費其他的精子嗎？其實，不完全是這樣，因為自然不做徒勞之舉，它的每一種行為都是合情合理的。男性每次排出大量精子一則是形成競爭機制，二則是充分估計到可能有大多數精子因為各種各樣的原因達不到目的地，所以才在數量上讓精子前仆后繼，最終確保有精子與卵子結合。例如，有些精子會失去方向，因為一次射精之后，只有1/5的精子能向著卵子的方向游動。所以，為了贏得卵子的芳心，每個精子首先要方向正確，其次要有極強的競爭力。

研究人員推測，精子之所以能找到與卵子會合的正確方向，是因為自身有某種能力或有一些信號在指示它們。現在，這種猜測獲得了一些證實。研究人員發現，那些能找到與卵子結合的正確方向的精子是通過感受并能計算鈣離子的濃度來判斷方向的，反之，那些迷失了方向的精子是不能感受鈣離子濃度，并且是沒有計算能力的精子。

德國哥廷根大學的盧易斯·阿爾瓦雷斯等人在對海洋生物的精子游動進行觀察時發現，精子游向并找到卵子一是靠卵子釋放的信號吸引，二是要靠精子自己計算鈣離子信號的濃度，從而確定自己前進的方向。

精子的游動有兩種方式，一種是像蛇行一樣扭動前行，另一種是像人的自由泳一樣靠腿（尾部）打水直線前進。

鈣離子濃度時高時低，精子就會以蜿蜒前行和直行兩種方式來交替前行。

隨后，阿爾瓦雷斯等人用頻閃鐳射照明技術來觀察精子的游動，因為這種技術不僅能精確地追蹤精子的運動軌跡，還可以同時測定精子周圍環境中鈣離子濃度的變化情況。結果發現，精子能“計算”周圍的鈣離子濃度和變化的時間關系，然后采取不同的前進方式。但是，研究人員對這種機制的細節還不太清楚，只是推測，精子有可能通過自身的兩個蛋白結合到鈣離子上，形成一種化學衍生物，以此來計算鈣離子的濃度，從而決定自己前進的方式，并最終找到卵子。

卵子的誘導信號

精子實在是渺小得很，加上尾巴，長度才達55微米，僅僅是人的頭發直徑的一半。但是，有的精子游動速度驚人，每分鐘可游動4毫米；但有的則慢吞吞，半天挪動不了一毫米。游速快的精子向著輸卵管中的卵子游動，游完輸卵管全程可能只需45分鐘，而游得慢的家伙則需要3天。這當然會產生不同的結果。游得快的家伙會捷足先登，率先向卵子進攻，從而贏得卵子的芳心。而游得慢的精子只能靠運氣了，要看先到的家伙是否被卵子拒絕。

如果先到的精子被卵子拒絕，后到的精子還有機會向卵子獻殷勤，以求卵子接納自己。但是，這種好事的幾率太小，因為先到者如果不是有什么特殊的原因，如質量不好的“矮挫窮”者，或外貌和內在品質都有明顯缺陷的話，一般都會被卵子接受。在接受了先到的精子后，卵子就會關閉自己的愛情大門，專心致志地與精子經營未來的世界，創造一個優質的生命，而不再理睬后到的求愛者。

現在已經有研究表明，卵子是靠釋放一種分子來讓精子感受鈣離子濃度。鈣離子就是對如同在汪洋大海中行進的一葉葉扁舟——精子——提供的導航燈光。德國的研究人員對海洋生物海膽的研究發現，所謂的精子感知鈣離子的濃度是由于某種化學物質或分子引起精子尾部離子通道的變化，從而讓精子感受到鈣離子的變化而實現的。這是對上述阿爾瓦雷斯等人研究的深化。

海膽是一種棘皮動物，它們不進行交配而是通過雄性海膽把大量精子排到水中和雌性把大量卵子排入海里，讓精子在水中去追逐卵子，完成受精，受精卵最后生長發育成為小海膽。海膽的卵子可以分泌一種叫做呼吸活化肽的物質，這些物質會隨著海水逐漸擴散開來，離卵子距離越近，呼吸活化肽的濃度越高；離卵子越遠，呼吸活化肽濃度越低。海膽精子尾部有一種稱為呼吸活化肽受體的蛋白，能夠與海水中的呼吸活化肽結合，并在結合以后觸使精子細胞內部鈣離子通道打開，結果導致精子細胞內涌入大量鈣離子。這種鈣離子濃度的變化就是一種信號，誘導精子向著卵子游動。

海膽精子感受不同的呼吸活化肽濃度時會有不同的游動方式。當附近水中呼吸活化肽的濃度非常低或者非常高的時候，海膽精子會以一種螺旋形的方式游動。但是，最終是會向呼吸活化肽濃度較高的方向游去，而這個方向正是指向卵子所在之處。

無獨有偶，日本筑波大學的研究人員對海鞘的研究發現，海鞘的卵子也能向海水中釋放一種引誘精子的物質，以此來告知精子自己所處的位置，從而指導精子游向卵子。

當精子循著卵子發出的信號游動時，它們會采用直線前行的方式游動。但是，如果精子不慎游向偏離或遠離卵子的方向，卵子釋放的信號濃度就會降低。此時，由于難以感知卵子發出的信號，精子的鞭毛中就會產生某種生物化學變化。精子的鞭毛中有一種名為calaxin的鈣結合蛋白會向精子發出指令，不要直線前進。于是，精子便嘗試改變運動方向。一旦精子找到了指向卵子的方向后，精子又改為直線運動。

精子的游動能力和競爭

盡管德國和日本的研究揭示，鈣離子是指引精子前行的信號以及精子可以通過感知或計算鈣離子濃度來改變自己的游動方式，從而盡快找到卵子，但這只是一種可能。不少研究人員認為，除了鈣離子外，機體中可能還有其他物質可以充當誘導精子前行的信號，而且，精子也可以通過感知其他的信號物質或計算它們的濃度來指引自己前進的方向和指導自己游動的方式，以求盡快地與卵子結合。

現在，中國研究人員的研究揭示了精子能夠運動并獲得卵子青睞的另一種途徑。

以前，對動物精子的研究發現，精子的前身是精細胞，是不會游動的。但是，精細胞經過活化之后可以從圓形的不能游動的精細胞變成可以用偽足爬行（游動）并與卵子結合的精子。這個過程是通過胞吐完成的。未活化的精細胞體內有大量的叫作膜細胞器（MO）的小泡。小泡的內容物在精子活化過程中通過胞吐釋放到細胞外，形成精子的偽足，因此精子可以游動。但是，如果胞吐被抑制，精細胞則不能活化變成精子，也就失去了運動的功能，也無法找到卵子并與其結合。

北京生命科學研究所的董夢秋研究小組與中國科學院生物物理研究所的苗龍研究小組用豬蛔蟲精細胞進行實驗，發現了精細胞是如何激活變為精子以及精子之間是如何競爭的。研究人員發現，豬蛔蟲的精細胞在活化過程中釋放出一個絲氨酸蛋白酶的抑制因子（As_SRP-1）。這是一種蛋白質，它的功能有兩個：一是讓精子獲得運動功能；另一方面，絲氨酸蛋白酶抑制因子起到一種抑制其他精子的作用。這也意味著，每個精細胞有兩種競爭機制，一是通過絲氨酸蛋白酶抑制因子促成自己轉變成有游動能力的精子；另一方面，通過絲氨酸蛋白酶抑制因子抑制絲氨酸蛋白酶來阻止其他精細胞的活化，從而讓自己捷足先登。

而且，研究人員對其他動物，如小鼠精液的研究也發現，它們的精液里也有蛋白酶和蛋白酶抑制劑，因此，輸精管和精細胞分泌的蛋白酶和蛋白酶抑制劑會形成一種機制，促使一些精細胞活化而抑制另一些精細胞活化，以便讓一些精子能游動或游動得更快，讓另一些精子不能游動或游動得慢，這才導致了無數精子要通過激烈競爭并歷盡千辛萬苦才能與卵子結合。

基因與精子的游動能力

無論卵子使用何種信號誘導精子，如果沒有精子自身的努力和具有如長跑運動員一般強健的體魄，也不可能修成正果，獲得卵子的青睞。一項新的研究從另一個方面說明了問題，如果精子的基因有缺陷，那么，它們就如同長跑不能達標的運動員，跑不到卵子的所在地就會出局。

精子尋找卵子是依靠其不停地向著卵子的方向游動，而這取決于精子尾巴的擺動。如果精子尾巴長，而且擺動有力，就可以讓精子快速游動。但是澳大利亞莫納什大學的莫伊拉等人對小鼠的精子進行研究發現，如果小鼠的一個特定基因副本突變，會導致小鼠產生的精子的尾巴短17%，這樣的精子游動的能力就會大大下降，從而導致它們無法游到卵子之處與卵子結合。

這個導致精子尾巴變短的基因稱為RABL2，它不僅會使精子的尾巴縮短，而且會讓小鼠的產精量比正常小鼠減少50%。事實上，無論是人還是動物，雄性一次排出數以千萬計的精子是有著特別的作用的。一是很多精子會在游向卵子的中途迷失方向而到不了目的地，二是眾多的精子會形成一種競爭的局面，從而讓卵子有機會選擇更好的精子。所以，精子保持其自身的優勢才可能讓卵子青睞。

但是，除了男性的抽煙、酗酒等生活方式可以讓精子不具備活力和游動的優勢外，還可能由于基因的突變而讓精子數量減少和讓精子缺少活力。莫伊拉等人發現，RABL2基因突變就是造成精子質量不高，游動能力減弱和精子數量減少的一個重要原因。根本的原因在于，RABL2基因編碼產生精子鞭毛內一種特殊的蛋白，這種蛋白與其他分子相互作用，可以不斷加長精子的尾部以攜帶遺傳信息。

如果RABL2基因突變，就意味著它編碼產生的蛋白有功能障礙，因而精子尾部會縮短，其攜帶的遺傳信息就有缺陷，或者精子尾部攜帶的信息會減少，最終導致精子的存活和活力異常。

這個結果對于人類有兩方面的作用。一是可以針對這種缺陷治療不育，二是運用這個原理進行避孕。當然，這兩種目標需要更深入的研究才能達到。

【責任編輯】張田勘