作為最早使用顯微鏡的人之一，列文虎克描述人類的精子“具有尾巴，蛇形前進，就像水中的鰻魚”。三百多年後，科學家發現這是一種視錯覺。布里斯託大學的Hermes Gadelha 博士、墨西哥國立自治大學的Gabriel Corkidi 博士和Alberto Darszon 博士採用最先進的3D 顯微鏡和數學技術，率先重建了精子尾部的3D 真實運動。

他們使用了一架每秒拍攝超過55 000 幀的高速相機，配合帶有壓電裝置的顯微鏡載物台，以極高的速率上下移動樣品，拍攝了精子自由游動的3D 圖像。

這項研究發表在《科學進展》雜誌上，揭示了精子的尾巴實際上是擺動的，並且只朝一側擺動。側向擺動似乎意味著精子只能繞圈游動，但精子已經巧妙地適應了這種方式，並找到了向前游動的方法。

論文作者之一Gadelha 博士也是布里斯託大學工程數學系Polymaths 實驗室的負責人、生育數學專家，他說：“人類的精子在游動時會同時滾動，就像在水里嬉戲的水獺一樣螺旋前進，這能夠平衡它們的單邊前進的情況，從而向前游動。”

“用2D 顯微鏡從上方觀察時，精子快速、規律的旋轉會導致一種錯覺，讓我們覺得精子的尾巴似乎具有左右對稱的運動，就像’水中的鰻魚’，這是列文虎克在17世紀的描述。”

過去認為的精子游動方式，或者說用顯微鏡俯視觀察看到的精子游動方式。圖片來源：polymaths-lab.com

“但是，我們的發現表明，精子已經找到了一種游動模式來平衡它們的單向擺動，並且通過在非對稱性中創造對稱性，巧妙地解決了微觀尺度的數學難題。”Gadelha 博士說。

“然而，人類精子的旋轉像水獺一樣，非常複雜：在精子尾巴圍繞游動方向旋轉的同時，精子頭也在旋轉。這在物理學上被稱為進動，就像地球和火星的軌道繞著太陽進動一樣（天文學中稱為歲差）。”

使用高速攝像機觀察得到的精子真實的運動方式。圖片來源：polymaths-lab.com

如今，在診所和研究中使用的計算機輔助精液分析系統仍使用2D 視圖觀察精子運動。因此，他們在評估精液質量時會像列文虎克使用第一台顯微鏡觀察時一樣，誤以為精子的運動是對稱的。這項發現開創​​性地結合了3D 顯微鏡技術和數學，可能為揭開人類生殖的秘密帶來新的希望。

Gadelha 博士補充說：“由於一半以上的不孕不育是由男性因素引起的，因此了解人類的精子尾巴為未來開發診斷工具、識別不健康的精子打下了基礎。”他此前的工作揭示了精子彎曲的生物力學，和描述精子向前運動特徵的精確的節律趨勢。

精子真正的前進方式更像是旋轉的開瓶器。圖片來源：polymaths-lab.com

Corkidi 博士和Darszon 博士開創了這項用於觀察精子游動的3D 顯微鏡技術。Corkidi 博士說：“這真是令人難以置信的驚喜，我們相信先進的3D 顯微鏡技術將揭示自然界中更多的秘密。有朝一日，這項技術將可用於臨床中心。”

Darszon 博士說，“這項發現將徹底改變我們對精子活力及其對自然受精影響的理解。對於女性生殖道內復雜的環境，以及精子游動如何影響受精，我們仍然知之甚少。這些新工具使我們看到了精子具有的驚人能力。”