冲最快的精子受精只是运气好 你所不知的5个生殖真相
时间:2018-10-13 18:19 来源:互联网 作者:淡无盐 点击:
  喂,别想歪!我说的是精子的马拉松。在大家的印象里,人类生殖是一场大型游泳马拉松:上亿颗精子向卵子狂奔,直到“最快最强”的那一颗率先抵达终点,让卵子受精;而在这个过程中,卵子则是完全被动的,等待接受精子的冲击,从而形成生命。
  不过,这些印象,大多都是误区,包括“男人多老都有生育能力”,也只是一个美好的幻想。
  精子示意图。ingimage
  误区1:高精子量是为了应对多雄竞争
  我们通过功能强大的显微镜可以得知,人类的平均一次精子排出体外量(约半茶勺的量)约含2.5亿个精子。但关键的问题是:为什麽这麽多?
  研究表明,当男性的精液精子含量少於1亿个时,怀孕率就会下降。很显然,人类一次射出的精子有一半是正常生育需要的。
  精子竞争是一个被大多数人接受的解释,它源自於“精子为了受精相互竞争”的男性气概观念——通常还有“不止一个男人参与其中”这种假设来增加竞争。就像买彩票,买的越多被抽中的机会越多。这一理论认为,自然选择驱使精子数量增加,就像是一场军备竞赛,而受精则是这场竞赛的奖励。
  精子竞争的实例在动物世界里的确比比皆是,我们的近亲黑猩猩就是其中之一。黑猩猩所处的社会单元里,包含几个经常进行混杂交配的成年雄性,因此雌性会与多个雄性交配。黑猩猩的诸多特徵,如显眼的大睾丸,反映了该物种能产生特别多的精子。除了大睾丸以外,它们还有快速的精子生产速度、高精子数量、大精子中段(包含许多产生推动力的线粒体)、强健的输精管、大的精囊与前列腺,以及大量白细胞(中和性传播的病原体)。囊泡与前列腺一起产生精液,精液可以在私处中凝结形成塞子,暂时阻止其他雄性精子进入。
  许多人,包括科学家,都将此套用在人类精子身上,但证据却指向了不同的结果。尽管存在种种骇人听闻的传言,但都没有令人信服的证据,能够表明人类男性在生理上适应精子竞争。与黑猩猩不同,包括人类在内的许多灵长类,都生活在只有一个繁殖雄性的群体中,例如典型的核心家庭。这些灵长类动物缺少直接竞争,睾丸也很小。人类睾丸只有核桃,是黑猩猩的三分之一。此外,黑猩猩的精液很少有生理异常的精子,但人类的精液却含有大量的“哑弹”。由於缺乏直接竞争,人类精子的质量控制似乎松懈了不少。
  这些没有经常接触到直接精子竞争的物种,为什麽还需要那麽多精子呢?唯一可行的解释是与遗传变异有关。在四十多年前发表的几篇很少被引用的论文中,伯明翰大学生物学家杰克.科恩(Jack Cohen)注意到,精子数量与精子生成过程中染色体拷贝数之间存在关联。在减数分裂产生性细胞的过程中,染色体通过交叉互换,交换大量物质。柯恩发现,在各个物种产生精子的过程中,交叉的次数增加,精子的数量也随之增多。交叉增加了变异,这是自然选择的基本原物料。就像抽奖时,需要打印足够多的彩票来匹配可用的数字,精子生产的过程也需要足够多的精子,来匹配不同的基因组合。
  精子示意图。
  误区2:精子们在全程“游泳”
  实际上,人类精子在穿过子宫与输卵管时,随波逐流地被动运输了相当长的距离。你大概想不到,哺乳动物的精子趋向於和体型呈反比,老鼠精子竟然比鲸鱼精子更长。也许老鼠精子真能自己游完全程、到达卵子,但鲸鱼精子不可能在没有其他助力的情况下,游过长100倍的雌性生殖道。哪有什麽精子奥林匹克竞赛!
  实际上,在人类平均每次射出的2.5亿个精子中,只有几百个能到达位於输卵管高处的受精地点。精子穿过女性生殖道的过程,更像是一个极具挑战性的军事障碍训练课,而不是标准的短程游泳竞赛。随着精子向上移动,数量逐渐减少,最终受精时只有不到百万分之一的精子包围住卵子。任何有生理异常的精子都会逐渐消失,卵子周围的幸存者都是随机的完整精子。
  误区3:雌性生殖道在被动地接受精子
  精子在接近卵子的过程中,需要面临诸多挑战。许多精子甚至都没能到达子宫颈。私处内的酸性环境,使得精子无法在那里存活很久。穿过子宫颈时,很多逃脱私处的精子陷入粘液中,有缺陷的精子都被困住了。另外,成千上万的精子移到了一个叫做隐窝的侧通道内,在那里它们可以被存放数天。相对较少的精子直接穿过子宫腔,而在进入输卵管时,这个数量进一步减少。进入输卵管后,精子暂时被约束在内壁上,只有少量能够脱离并接近卵子。
  女性生殖系统正面图| 光盘C/Wikimedia Commons
  我们一直在说,让卵子受精的精子像奥运冠军,这让我们容易忽略一个问题:一次精子排出体外可能含有过多的精子。如果包围卵子的精子数过多,由一个以上的精子受精,即多精受精的风险就会提高。多精受精偶尔会发生在人类身上,尤其当父亲的精子量过高时。两个精子让卵子受精导致的最常见结果是,胚胎的细胞会含有69条染色体,而不是通常的46条。这是致命的,通常会导致流产。虽然有的能活到出生,但也总在不久后早夭。由於多精受精的结果是致命的,女性生殖道演化出了一系列障碍,严格限制包围卵子的精子数。
  当生育能力受损或不育而进行辅助生殖时,多精受精是需要实际考察的问题。例如,最早人工授精的标准程序是将精液引入私处,后来则发展为子宫内输精(IUI)。直接将精液引入子宫,可以绕过让精子数减少的子宫颈。临床数据分析显示,往子宫内输入2000万个精子(不到平均精子排出体外量的十分之一),足以达到常规妊娠率。
  在体外人工受精(IVF)时,精子量更为重要。精子与卵子直接在玻璃试管里接触,绕过了私处与卵子间的所有天然过滤器。在IVF的早期发展阶段,人们会使用过多的精子,希望最大化受精成功率——这是能理解的,但是人们忽略了自然过程,5万到50万的高精子量让成功率越来越低。要达到最佳受精率,卵子周围只需25,000个精子。IUI与IVF都有可能增加多精受精和流产的风险。
  多精受精的可能性,也为精子量的演化提供了新的视角,因为这涉及到了生物学中常见的某种平衡。如果雄性直接竞争,自然选择可以导致精子量增加,也可以导致女性生殖道内演化出相应的机制,来限制卵子周围的精子量。在混杂交配的灵长类动物(例如黑猩猩)中,雌性输卵管长度的增加地小了雄性精子量的增加,这可能就是卵子对精子量的限制。这也说明,女性在受精过程中,绝不像人们通常认为的那般被动。
  进行人工生殖时,精子采集后,被分装在小瓶子内,放在冷冻箱中冷冻。图/本报资料照片
  误区4:精子竞赛,“最强最快”者获胜
  人们总是相信,受精过程存在某种选择,使得最强最快的精子能够获胜,进入卵子。但实际上,这样的选择很难出现。精子头部的DNA是紧密结合的,几乎呈结晶状,要如何从外部检测出它的特性呢?小鼠的研究表明,没有出现根据精子含有Y染色体或X染色体而选择的情况。因而,人类受精似乎更像是有2.5亿张彩票的巨型抽奖活动,对健康的精子而言,能让卵子受精是因为运气好。