人間の精子は実際にはどう泳ぐ？―新しい研究が何世紀も昔からの仮定に挑戦

イギリス・ブリストル大学とメキシコの研究者による不妊治療科学の躍進は、精子がどのように「泳ぐ」かについての世界的に受け入れられている見方を打ち砕きました。

初期の顕微鏡を使用して、アントニー・ファン・レーウェンフック氏が人間の精子が「泳いでいるとき、水の中のウナギのように蛇のような動きで鞭打つ」と説明してから300年以上経過した今、科学者はこれが目の錯覚であることを明らかにしました。

最先端の3D顕微鏡法と数学を使用して、ブリストル大学のエルメス・ガデルハ博士、ガブリエルコルキディ博士、メキシコ国立自治大学のアルベルト・ダルソン博士は精子の尾の真の動きを3Dで再構築した先駆者となりました。

1秒間に55,000フレーム以上を記録できる高速カメラと非常に高速でサンプルを上下に移動させる電圧デバイスを備えた顕微鏡ステージを使用することで、彼らは精子の遊泳を3Dで自由にスキャンすることができました。

ジャーナルScience Advancesで発表された画期的な研究は、精子の尾が実際には不安定で片側だけ揺れていることを明らかにしています。

これは、精子の片側のストロークが輪になって泳ぐことを意味するはずですが、精子は順応して前方に泳ぐ巧妙な方法を見つけました。

「人間の精子が、泳ぎながら転がるかどうかを調べました。遊び心のあるカワウソが水の中を通り抜けるように、片側のストロークが平均化し、前方に泳ぎます。」

とブリストル大学の工学数学科のポリマス研究所の責任者で、生殖能力の数学の専門家でもあるガデルハ博士は述べています。

「精子の急速で高度に同期された回転は、2D顕微鏡で上から見たときに錯覚を引き起こします。17世紀にレーウェンフックが述べたように、尾は「水中のウナギのように」左右対称の動きをしているように見えます。

「しかし、私たちの発見は、精子が片側性を補うために水泳技術を開発しており、そうすることで非対称性から対称性を生み出すことによって、微視的なスケールで数学的なパズルを巧みに解決したことを示しています。」

と、ガデルハ博士は述べました。

「しかし、人間の精子のカワウソのような回転は複雑です。精子の尾が泳ぐ方向の周りを回転すると同時に、精子の頭が回転します。これは、地球と火星の軌道が太陽の周りを歳差運動するときのように、物理学では歳差運動として知られています。」

診療所と研究の両方で現在使用されているコンピューター支援の精液分析システムでは、依然として2Dビューを使用して精子の動きを調べます。

したがって、レーウェンフックの最初の顕微鏡と同様に、精液の質を評価する時、彼らはまだこの対称性の錯覚を起こしやすいのです。

この発見は、数学と組み合わされた3D顕微鏡技術の斬新な使用により、人間の生殖の秘密を解き明かすための新たな希望をもたらすかもしれません。

「男性の要因によって引き起こされる不妊症の半分以上で、人間の精子の尾を理解することは、不健康な精子を特定する、将来の診断ツールを開発するための基本です。」

と、ガデルハ博士はその研究により精子の屈曲性の生体力学と、精子がどのように前進するかを特徴付ける正確なリズミカルな傾向を以前、明らかにしました。

コルキディ博士とダーソン博士は、精子遊泳の3D顕微鏡を開拓しました。

「これは驚くべき驚きことでした。そして、最先端の3D顕微鏡によって、自然界の多くの隠された秘密が明らかになると信じています。いつかこの技術が臨床の中心で利用できるようになることでしょう。」

とコルキディ博士は述べました。

「この発見は、精子の運動性とその自然受精への影響に関する私たちの理解に革命をもたらすでしょう。そのため、女性の生殖管内の複雑な環境や、精子の遊泳が受精にどのように影響するかについてはほとんどわかっていません。

これらの新しいツールにより、精子が持つ驚くべき能力に私たちは目を向けるでしょう。」

と、ダーソン博士は述べました。

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