精子对于我们星球上几乎所有生物体（包括人类）的受精至关重要。为了繁殖，人类的精子必须游到相当于爬珠穆朗玛峰才能找到卵的距离。他们只需摇晃尾巴，移动液体向前游泳即可完成这一史诗般的旅程。尽管超过5000万精子无法到达卵子-相当于伦敦或纽约总人口的六倍多，但只需要一个精子就可以使卵最终受精成为人类。

精子最早于1677年被发现-但是科学家花了大约200年的时间才同意人类是如何形成的。“预成型主义者”认为，每个精子都包含一个微小的微型人-人体。他们认为卵只是为精子的生长提供了空间。

另一方面，“表观遗传学家”认为，男性和女性都有助于形成新生物，并且在1700年代的发现为该理论提供了更多证据。尽管科学家现在更好地理解了精子在生殖中的作用，但我们的最新研究发现，精子实际上一直在欺骗着科学家。

Antonie van Leeuwenhoek在17世纪发明了最早的显微镜之一。他使用一滴熔融玻璃，将其仔细研磨和抛光，以制造出强大的镜片。其中一些可以将对象放大270倍。值得注意的是，一个更好的镜头在200多年内没有创造出来。

Leeuwenhoek的镜片使他成为微观世界的第一个探索者，能够看到包括细菌，我们的细胞内部以及精子在内的物体。当Leeuwenhoek首次发现精子时，他将其形容为“有生命的动物 ”，带有“尾巴，当游泳时，它会像蛇一样在水中a动，像蛇一样鞭打睫毛。”

令人惊讶的是，此后，我们对精子游动的看法一直没有改变。如今，使用现代显微镜的任何人都仍然可以观察到相同的结果：精子通过左右摆动尾巴向前游动。但是，正如我们的最新研究表明，在过去350年中，我们对于精子的游动实际上是错误的。

来自英国和墨西哥的研究人员使用最先进的3D显微镜技术，可以数学方式重建3D精子尾巴的快速运动。精子的大小不仅使它们难以学习-尾巴仅测量头发的一半宽度-而且速度也很快。

他们的尾巴像鞭子一样的动作，可以在不到一秒钟的时间内跳动20多次游泳。我们需要一台超快速摄影机，该摄影机可以在一秒钟内记录下来55,000张照片，并以快速振荡的方式上下移动，以极高的速率上下移动样本–有效扫描精子尾巴，同时以3D方式自由游泳。

我们的发现使我们感到惊讶。我们发现，精子的尾巴实际上是眨眼的，只在一侧摆动。虽然这应该意味着精子的单侧中风会让它绕圈游泳，但精子发现了一种适应和向前游泳的聪明方法：它们在游泳时会滚动，就像水獭在水中开瓶器一样。通过这种方式，当精子滚动时，单调的单侧冲程变得平稳，从而使其向前移动。

从2D显微镜的上方看时，精子快速而高度同步的旋转会产生错觉-尾巴似乎有左右移动的趋势。但是，这一发现表明，精子已经开发出一种游泳技术来弥补其偏侧性。通过这样做，他们还巧妙地解决了一个数学难题：通过从非对称中创建对称。

精子在尾巴围绕游泳方向旋转的同时旋转。精子通过围绕自身旋转而像旋转的陀螺一样“钻”入流体，而其倾斜轴围绕中心旋转。这在物理学上被称为岁差，就像我们星球上的春分点岁差一样。

如今，无论是在诊所还是在研究中，都使用计算机辅助精液分析（CASA）系统，仍然使用精子运动的2D视图。像Leeuwenhoek的第一台显微镜一样，它们在评估精液质量时仍然容易出现这种对称性错觉。对称性（或缺乏对称性）是一种可能影响生育力的特征。

精子尾部的科学故事遵循其他研究领域的路线：对精子运动的理解的高度依赖于显微镜技术，记录技术以及现在的数学建模和数据分析技术的发展。今天开发的3D显微镜技术几乎肯定会改变我们将来分析精液的方式。

这项最新发现结合了3D显微镜技术和数学的新颖运用，可能为解锁人类繁殖的秘密提供新的希望。由于男性因素造成的不孕症超过一半，因此，了解人类的精子尾巴对于将来确定不健康精子并提高生育能力的诊断工具至关重要。

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