京都大學Hakubi中心的項目特定助理教授Kenta Ishimoto領導的研究小組利用表示微觀世界中水流的斯托克斯方程來分析人類精子的運動以及精子中出現的特徵模式。它周圍有液體。找到了。

 人們普遍認為,生命的誕生是從單個精子與卵子的相遇開始的,但在此之前精子必須贏得與許多其他精子的“競爭”。這個關於精子旅程的“故事”在多大程度上是真實的呢?這個研究小組從表達精子游動周圍液體流動的公式來研究精子的旅程。

 之前的研究使用斯托克斯方程來研究精子如何游泳。在該公式中,微生物的運動僅通過游泳形狀的信息即可獲得。然而,還沒有使用實際精子的顯微鏡圖像驗證由斯托克斯方程導出的游泳行為的例子。
因此,研究小組試圖通過將求解該方程得到的答案與顯微圖像中的實際精子運動進行比較來驗證該數學方法的有效性。

 根據從顯微鏡圖像中獲得的信息,我們分析了精子周圍發生的流動公式,並成功在計算機上再現了精子的運動。此外,通過用相同的公式計算周圍流的狀態,發現即使在復雜的流中也存在一定的模式。當我們根據這種模式重新捕獲精子活力時,我們發現精子活力中存在一種推拉同時扭轉尾巴的特有節奏。通過用流動方程描述這種節律,我們成功地找到了一個表達精子運動的簡單數學公式。

 過去,我們在“粗粒度”運動時常常依靠“物理直覺”來創建數學模型。不過,此次採用的方法僅通過數學運算就能從實驗數據中獲得提取精子活力本質的數學模型,因此有望適用於各類游動微生物的運動。

 此外,進一步的研究將使得用數學的眼光來闡明實驗上難以觀察到的精子的行為成為可能,這有望為不孕症治療的發展做出貢獻。

京都大學

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