精子是如何追到卵子的？

所有精子来到这个世界上只有一个目的——获得卵子的垂青，与卵子结合。唯其如此，才能凤凰涅槃，创造新生命。如果得不到卵子的青睐，精子就如昙花一现。所以，每个精子在被排出之时，只能前进，决不停滞，更不能走回头路。

精子的不同前进方式

一名男子如果每次排出的精子数达不到2000万个，就很难有精子与卵子会合。所以，成千上万个精子即便拼尽了全力，每次也只有一两个精子能修成正果。那么，如此惨烈的竞争不是在浪费其他的精子吗？其实，不完全是这样，因为自然不做徒劳之举，它的每一种行为都是合情合理的。男性每次排出大量精子一则是形成竞争机制，二则是充分估计到可能有大多数精子因为各种各样的原因达不到目的地，所以才在数量上让精子前仆后继，最终确保有精子与卵子结合。例如，有些精子会失去方向，因为一次射精之后，只有1/5的精子能向着卵子的方向游动。所以，为了赢得卵子的芳心，每个精子首先要方向正确，其次要有极强的竞争力。

研究人员推测，精子之所以能找到与卵子会合的正确方向，是因为自身有某种能力或有一些信号在指示它们。现在，这种猜测获得了一些证实。研究人员发现，那些能找到与卵子结合的正确方向的精子是通过感受并能计算钙离子的浓度来判断方向的，反之，那些迷失了方向的精子是不能感受钙离子浓度，并且是没有计算能力的精子。

德国哥廷根大学的卢易斯·阿尔瓦雷斯等人在对海洋生物的精子游动进行观察时发现，精子游向并找到卵子一是靠卵子释放的信号吸引，二是要靠精子自己计算钙离子信号的浓度，从而确定自己前进的方向。

精子的游动有两种方式，一种是像蛇行一样扭动前行，另一种是像人的自由泳一样靠腿（尾部）打水直线前进。

钙离子浓度时高时低，精子就会以蜿蜒前行和直行两种方式来交替前行。

随后，阿尔瓦雷斯等人用频闪镭射照明技术来观察精子的游动，因为这种技术不仅能精确地追踪精子的运动轨迹，还可以同时测定精子周围环境中钙离子浓度的变化情况。结果发现，精子能“计算”周围的钙离子浓度和变化的时间关系，然后采取不同的前进方式。但是，研究人员对这种机制的细节还不太清楚，只是推测，精子有可能通过自身的两个蛋白结合到钙离子上，形成一种化学衍生物，以此来计算钙离子的浓度，从而决定自己前进的方式，并最终找到卵子。

卵子的诱导信号

精子实在是渺小得很，加上尾巴，长度才达55微米，仅仅是人的头发直径的一半。但是，有的精子游动速度惊人，每分钟可游动4毫米；但有的则慢吞吞，半天挪动不了一毫米。游速快的精子向着输卵管中的卵子游动，游完输卵管全程可能只需45分钟，而游得慢的家伙则需要3天。这当然会产生不同的结果。游得快的家伙会捷足先登，率先向卵子进攻，从而赢得卵子的芳心。而游得慢的精子只能靠运气了，要看先到的家伙是否被卵子拒绝。

如果先到的精子被卵子拒绝，后到的精子还有机会向卵子献殷勤，以求卵子接纳自己。但是，这种好事的几率太小，因为先到者如果不是有什么特殊的原因，如质量不好的“矮挫穷”者，或外貌和内在品质都有明显缺陷的话，一般都会被卵子接受。在接受了先到的精子后，卵子就会关闭自己的爱情大门，专心致志地与精子经营未来的世界，创造一个优质的生命，而不再理睬后到的求爱者。

现在已经有研究表明，卵子是靠释放一种分子来让精子感受钙离子浓度。钙离子就是对如同在汪洋大海中行进的一叶叶扁舟——精子——提供的导航灯光。德国的研究人员对海洋生物海胆的研究发现，所谓的精子感知钙离子的浓度是由于某种化学物质或分子引起精子尾部离子通道的变化，从而让精子感受到钙离子的变化而实现的。这是对上述阿尔瓦雷斯等人研究的深化。

海胆是一种棘皮动物，它们不进行交配而是通过雄性海胆把大量精子排到水中和雌性把大量卵子排入海里，让精子在水中去追逐卵子，完成受精，受精卵最后生长发育成为小海胆。海胆的卵子可以分泌一种叫做呼吸活化肽的物质，这些物质会随着海水逐渐扩散开来，离卵子距离越近，呼吸活化肽的浓度越高；离卵子越远，呼吸活化肽浓度越低。海胆精子尾部有一种称为呼吸活化肽受体的蛋白，能够与海水中的呼吸活化肽结合，并在结合以后触使精子细胞内部钙离子通道打开，结果导致精子细胞内涌入大量钙离子。这种钙离子浓度的变化就是一种信号，诱导精子向着卵子游动。

海胆精子感受不同的呼吸活化肽浓度时会有不同的游动方式。当附近水中呼吸活化肽的浓度非常低或者非常高的时候，海胆精子会以一种螺旋形的方式游动。但是，最终是会向呼吸活化肽浓度较高的方向游去，而这个方向正是指向卵子所在之处。

无独有偶，日本筑波大学的研究人员对海鞘的研究发现，海鞘的卵子也能向海水中释放一种引诱精子的物质，以此来告知精子自己所处的位置，从而指导精子游向卵子。

当精子循着卵子发出的信号游动时，它们会采用直线前行的方式游动。但是，如果精子不慎游向偏离或远离卵子的方向，卵子释放的信号浓度就会降低。此时，由于难以感知卵子发出的信号，精子的鞭毛中就会产生某种生物化学变化。精子的鞭毛中有一种名为calaxin的钙结合蛋白会向精子发出指令，不要直线前进。于是，精子便尝试改变运动方向。一旦精子找到了指向卵子的方向后，精子又改为直线运动。

精子的游动能力和竞争

尽管德国和日本的研究揭示，钙离子是指引精子前行的信号以及精子可以通过感知或计算钙离子浓度来改变自己的游动方式，从而尽快找到卵子，但这只是一种可能。不少研究人员认为，除了钙离子外，机体中可能还有其他物质可以充当诱导精子前行的信号，而且，精子也可以通过感知其他的信号物质或计算它们的浓度来指引自己前进的方向和指导自己游动的方式，以求尽快地与卵子结合。

现在，中国研究人员的研究揭示了精子能够运动并获得卵子青睐的另一种途径。

以前，对动物精子的研究发现，精子的前身是精细胞，是不会游动的。但是，精细胞经过活化之后可以从圆形的不能游动的精细胞变成可以用伪足爬行（游动）并与卵子结合的精子。这个过程是通过胞吐完成的。未活化的精细胞体内有大量的叫作膜细胞器（MO）的小泡。小泡的内容物在精子活化过程中通过胞吐释放到细胞外，形成精子的伪足，因此精子可以游动。但是，如果胞吐被抑制，精细胞则不能活化变成精子，也就失去了运动的功能，也无法找到卵子并与其结合。

北京生命科学研究所的董梦秋研究小组与中国科学院生物物理研究所的苗龙研究小组用猪蛔虫精细胞进行实验，发现了精细胞是如何激活变为精子以及精子之间是如何竞争的。研究人员发现，猪蛔虫的精细胞在活化过程中释放出一个丝氨酸蛋白酶的抑制因子（As_SRP-1）。这是一种蛋白质，它的功能有两个：一是让精子获得运动功能；另一方面，丝氨酸蛋白酶抑制因子起到一种抑制其他精子的作用。这也意味着，每个精细胞有两种竞争机制，一是通过丝氨酸蛋白酶抑制因子促成自己转变成有游动能力的精子；另一方面，通过丝氨酸蛋白酶抑制因子抑制丝氨酸蛋白酶来阻止其他精细胞的活化，从而让自己捷足先登。

而且，研究人员对其他动物，如小鼠精液的研究也发现，它们的精液里也有蛋白酶和蛋白酶抑制剂，因此，输精管和精细胞分泌的蛋白酶和蛋白酶抑制剂会形成一种机制，促使一些精细胞活化而抑制另一些精细胞活化，以便让一些精子能游动或游动得更快，让另一些精子不能游动或游动得慢，这才导致了无数精子要通过激烈竞争并历尽千辛万苦才能与卵子结合。

基因与精子的游动能力

无论卵子使用何种信号诱导精子，如果没有精子自身的努力和具有如长跑运动员一般强健的体魄，也不可能修成正果，获得卵子的青睐。一项新的研究从另一个方面说明了问题，如果精子的基因有缺陷，那么，它们就如同长跑不能达标的运动员，跑不到卵子的所在地就会出局。

精子寻找卵子是依靠其不停地向着卵子的方向游动，而这取决于精子尾巴的摆动。如果精子尾巴长，而且摆动有力，就可以让精子快速游动。但是澳大利亚莫纳什大学的莫伊拉等人对小鼠的精子进行研究发现，如果小鼠的一个特定基因副本突变，会导致小鼠产生的精子的尾巴短17%，这样的精子游动的能力就会大大下降，从而导致它们无法游到卵子之处与卵子结合。

这个导致精子尾巴变短的基因称为RABL2，它不仅会使精子的尾巴缩短，而且会让小鼠的产精量比正常小鼠减少50%。事实上，无论是人还是动物，雄性一次排出数以千万计的精子是有着特别的作用的。一是很多精子会在游向卵子的中途迷失方向而到不了目的地，二是众多的精子会形成一种竞争的局面，从而让卵子有机会选择更好的精子。所以，精子保持其自身的优势才可能让卵子青睐。

但是，除了男性的抽烟、酗酒等生活方式可以让精子不具备活力和游动的优势外，还可能由于基因的突变而让精子数量减少和让精子缺少活力。莫伊拉等人发现，RABL2基因突变就是造成精子质量不高，游动能力减弱和精子数量减少的一个重要原因。根本的原因在于，RABL2基因编码产生精子鞭毛内一种特殊的蛋白，这种蛋白与其他分子相互作用，可以不断加长精子的尾部以携带遗传信息。

如果RABL2基因突变，就意味着它编码产生的蛋白有功能障碍，因而精子尾部会缩短，其携带的遗传信息就有缺陷，或者精子尾部携带的信息会减少，最终导致精子的存活和活力异常。

这个结果对于人类有两方面的作用。一是可以针对这种缺陷治疗不育，二是运用这个原理进行避孕。当然，这两种目标需要更深入的研究才能达到。

【责任编辑】张田勘