也许你调侃过自己“佛系”“咸鱼”,但在生命的源头,我们每个人还是一颗精子的时候,都曾为出生而奋力拼搏过。
众所周知,精子在跟卵子结合前要经历一场竞争,那么这场竞争究竟有多激烈?科学家的发现刷新了我们的认知:除了比拼谁跑得快之外,有些精子还会对竞争对手“下毒”。
精子的生命竞赛
从出发到接触卵子的过程,对于长度按微米计算的精子来说,无异于一场马拉松,但它们面临的环境却比马拉松赛道要复杂得多。
在抵达终点之前,精子要突破重重关卡,很多选手在第一关就被淘汰掉了。科学家们研究发现,卵子会给喜欢的精子“开后门”,只有选中的精子才能开始赛跑。
到了赛跑这一关,它们还要面临复杂的环境,包括赛道障碍、化学攻击等等,可谓“生死时速”。
值得一提的是,在游动的时候,精子是以“螺旋式向前推进”的方式前进的,并非以往大众认知的“蝌蚪式”游泳法。
这个过程会淘汰掉绝大部分的精子,幸存下来的都是佼佼者。不过在靠近卵子之后,它们还得经历后者的“筛选”。
卵子会诱导基因相容性更强的精子靠近自己、穿过卵泡液,其他的精子则会受到阻拦,被挡在卵泡液之外。
受精的过程,是精子互相角逐和较量的过程,最后的成功者说是“天选之子”也不为过。美国耶鲁大学的研究团队分析过这些“天选之子”,发现它们身上都有一些关键的分子特征。
研究显示,精子尾部嵌有钙离子通道,这些特异性钙通道CatSper的每个小孔,都由CatSper1-CatSper4四个亚基组成,能帮助控制精子的流动性和导航。
在对小鼠进行实验的时候,研究人员发现,进入输卵管的精子都具备完整的CatSper1通道,而其他精子则因为CatSper1缺失而惨遭落后淘汰,成为手下败将。
精子的竞争对手数以百万计,最后能成功跟卵子结合的可谓凤毛麟角,而且,精子的竞争能力是有差别的。
除了这些研究之外,德国科学家还有了新的发现。他们在小鼠身上发现了一种携带了天生“自私”的DNA片段的精子,这些精子的成功几率高达99%。
这种精子不仅跑得快,还会给对手“下毒”
德国马克斯·普朗克分子遗传学研究所的研究团队,将这种“自私”的基因片段称为“t-单倍型”。
具备t-单倍型的精子,直线前进的速度比普通精子要更快,所以它们在让卵子受精这方面更有优势。
RAC1抑制影响野生型小鼠精子的运动能力
为什么会产生这样的差别?科学家注意到了RAC1蛋白。这种分子能够给激活其他蛋白,把信号从细胞外传到细胞内。
在精子运动这方面,RAC1也发挥着作用。它能够让精子“嗅到”卵子,起到一种相当于导航的效果。这就等于给出了一张“地图”,有了向导,它们的行进自然会更快。
那么,这是不是意味着RAC1活性越高,就越有利于精子前进呢?
答案是否定的,这种分子的活性只有达到最佳值才能提高单个精子的竞争力,不管是过高还是过低,都有可能扰乱精子的运动,甚至导致它们无法游动。
有意思的是,科学家们还发现,精子之间的比拼,较量的不仅仅是“天分”和“速度”,有些精子还会“出阴招”。
不同基因型精子的运动轨迹和线性特征
含有t-单倍型基因片段的精子相当有心机,它们在形成早期会产生一种干扰因子,这种因子分布在细胞中,成为干扰精子运动的“毒药”。
研究显示,携带t-单倍型的精子会给所有的精子“下毒”,并且为自己生产“解毒剂”,这场竞争的结果,也许在这里就差不多决定了。
举个例子,在一项百万人参加的马拉松比赛里,所有选手都喝了毒药,但只有少数几位选手喝下了解药,胜负结果已经显而易见。
含有t-单倍型基因片段的精子,就像是马拉松比赛中那几位作弊的选手,给所有参赛者下毒,自己却喝下解毒剂,而且这件事根本没有第三方来主持公道,其他精子只能自认倒霉。
据了解,“解毒剂”只有到精子成熟期才会发挥作用,那时精子已经进行了减数分裂,只有拥有t-单倍型基因片段的那一半精子,才能够免疫“毒药”的影响,顺利地向前运动。
其他那些既没有解毒剂,也没有t-单倍型基因片段的精子,处境就非常糟糕了。在研究中,很多没有解毒剂的精子失去了前进的能力,只是不停地转圈游动,直到死亡。
看完精子斗智斗勇的过程,实在不得不感慨:很多生命的出现,其实都是来之不易的。
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