研究人员借助三维成像技术发现人类精子尾部有螺旋结构
科学家发现人类精子细胞的尾部具有左旋结构。 PHOTOGRAPH BY DEAGOSTINI, GETTY
（神秘的地球uux.cn报道）据美国国家地理（撰文：ELAINA ZACHOS 编译：曾柏谚）：人类精子尾部有令人惊奇的新发现！研究人员借助三维成像技术发现螺旋结构，将有助于研发治疗男性不孕症或避孕的药物。
噢，人类的精子。对一个成熟男性的生殖细胞而言，微血管是有性生殖成功与否的关键所在。精子看起来就像是一只小小的半透明蝌蚪，它有个头部、中段，还有条摆动的尾部，协助它游向卵子授精。一位男性每秒可以产生1500个精子，而一次射精包含超过2.5亿个精细胞。
尽管上述都是我们已经熟悉的生殖知识，但并非所有生殖细胞的结构都经过彻底研究。
「有许多研究是在原生动物身上完成，」瑞典哥特堡大学（University of Gothenburg）的博士生大卫．札贝欧（Davide Zabeo）说明：「然而关于人类细胞我们依然所知甚少。」
不过这个知识鸿沟可望藉由新的成像技术缩小。低温电子断层扫描（cryogenic electron tomography，cryo-ET）这项全新的技术可以将细胞成像放大，并存取三维影像。论文的主要作者札贝欧与他的研究伙伴采用这项技术协助他们研究人类精子。
他们刊登在《科学报告》（Scientific Reports）期刊上的研究，以一张显微相片揭露了先前从未在精子尾尖发现的左旋结构。这项发现有助于解释为何有些精子游得比别的精子好，也对研发不孕症药物与避孕药物有所助益。
想看就冻起来吧
低温电子断层扫描结合了电子显微与电脑断层扫描技术。在应用低温电子断层扫描时，所有生物样本不论是一颗单一细胞、组织或者整个有机体，都会在急速冷冻后切片并利用电子显微镜成像。将样本冷冻是为了确保样本保持水分，使其在研究过程中尽可能贴近与自然状态下一致的样子。
科罗拉多大学波德分校（University of Colorado Boulder）同为作者之一的盖瑞．摩根（Garry Morgan）表示：「基本上，这项技术只是鉴识人们分离出来的蛋白质。借助它我们能取得一些尚未受其他技术改变的优质影像，简直栩栩如生。」
至于成效如何呢？它能呈现出观测物细腻、高画质的奈米级成像，并可以重组成三维影像。
如果不将样本切薄，一整颗细胞对低温电子断层扫描而言实在太厚了，但以精子的锥形尾部来说，它细得足以使用这项技术来研究。最早的精子三维影像可以追溯到2012年，当时便发现虽然大部分的精子都以直线前进，然而有些精子则采取如开瓶器般的螺旋轨迹运动，而且都还特别有活力。
驱动着精细胞的鞭毛，或者说尾部，由三个部分组成：一个藏有许多转换能量用的粒线体中段、一个螺旋状结构，还有在尾尖的端点。研究人员发现这个端点大约占了整个鞭毛的十分之一，内有一个向左缠绕的螺旋状细胞结构。
迄今虽然仍不知道为何精细胞有这样的螺旋构造，不过科学家已经有一些想法。这个结构或许能起到栓塞的功能，防止细胞内的微管增生或萎缩，协助精子将能量导往游向卵子上。
测试中的技术
如果研究人员能厘清更多关于螺旋结构的功能，便能深入研究驱动精子尾部的机制。在分子层面上，我们尚未完全理解鞭毛。
最终，这些研究具有解决男性生育问题的潜力。生育问题可以归咎于贺尔蒙、基因与环境因素等层面出了差错，而在超过三分之一的不育案例里，问题症结都出在男性身上。
随着研究与时俱增，科学家能在不孕症患者身上观察精细胞的螺旋结构，看看是否能找出螺旋形状与不孕症的关联。
这些研究最终能应用在设计药物帮助不孕症男性，或者可以用在发展新的避孕方法。低温电子断层扫描技术前景看好。
「目前关于这项技术的应用还不是很多，」札贝欧说：「这凸显了还有许多未知等着我们利用这项技术破解与观察。」
