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精子在跑马拉松,最快最强者获胜?不,它们只是在抽奖-备孕试管不孕不育知识

来源: 好孕在线  日期:2020-06-29 19:01:17  点击: 
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在大家的印象里,人类生殖是一场大型游泳马拉松:上亿颗精子向卵子狂奔,直到“最快最强”的那一颗率先抵达终点,让卵子受精;而在这个过程中,卵子则是完全被动的,等待接受精子的冲击,从而形成生命。
 
不过,这些印象,大多都是误区,包括“男人多老都有生育能力”,也只是一个美好的幻想。
 
误区1高精子量是为了应对多雄竞争
 
我们通过功能强大的显微镜可以得知,人类的平均一次射精量(约半茶勺的量)约含2.5亿个精子。但关键的问题是:为什么这么多?
 
研究表明,当男性的精液精子含量少于1亿个时,怀孕率就会下降。很显然,人类一次射出的精子有一半是正常生育需要的。
 
显微镜下的精子 | Wikimedia  Commons
精子竞争是一个被大多数人接受的解释,它源自于“精子为了受精相互竞争”的男性气概观念——通常还有“不止一个男人参与其中”这种假设来增加竞争。就像买彩票,买的越多被抽中的机会越多。这一理论认为,自然选择驱使精子数量增加,就像是一场军备竞赛,而受精则是这场竞赛的奖励。
 
精子竞争的实例在动物世界里的确比比皆是,我们的近亲黑猩猩就是其中之一。黑猩猩所处的社会单元里,包含几个经常进行混杂交配的成年雄性,因此雌性会与多个雄性交配。黑猩猩的诸多特征,如显眼的大睾丸,反映了该物种能产生特别多的精子。除了大睾丸以外,它们还有快速的精子生产速度、高精子数量、大精子中段(包含许多产生推动力的线粒体)、强健的输精管、大的精囊与前列腺,以及大量白细胞(中和性传播的病原体)。囊泡与前列腺一起产生精液,精液可以在阴道中凝结形成塞子,暂时阻止其他雄性精子进入。
 
许多人,包括科学家,都将此套用在人类精子身上,但证据却指向了不同的结果。尽管存在种种骇人听闻的传言,但都没有令人信服的证据,能够表明人类男性在生理上适应精子竞争。与黑猩猩不同,包括人类在内的许多灵长类,都生活在只有一个繁殖雄性的群体中,例如典型的核心家庭。这些灵长类动物缺少直接竞争,睾丸也很小。人类睾丸只有核桃大小,是黑猩猩的三分之一。此外,黑猩猩的精液很少有生理异常的精子,但人类的精液却含有大量的“哑弹”。由于缺乏直接竞争,人类精子的质量控制似乎松懈了不少。
 
黑猩猩 | USAID Africa Bureau
这些没有经常接触到直接精子竞争的物种,为什么还需要那么多精子呢?唯一可行的解释是与遗传变异有关。在四十多年前发表的几篇很少被引用的论文中,伯明翰大学生物学家杰克·科恩(Jack Cohen)注意到,精子数量与精子生成过程中染色体拷贝数之间存在关联。在减数分裂产生性细胞的过程中,染色体通过交叉互换,交换大量物质。柯恩发现,在各个物种产生精子的过程中,交叉的次数增加,精子的数量也随之增多。交叉增加了变异,这是自然选择的基本原材料。就像抽奖时,需要打印足够多的彩票来匹配可用的数字,精子生产的过程也需要足够多的精子,来匹配不同的基因组合。
 
误区2精子们在全程“游泳”
实际上,人类精子在穿过子宫与输卵管时,随波逐流地被动运输了相当长的距离。你大概想不到,哺乳动物的精子大小趋向于和体型大小呈反比,老鼠精子竟然比鲸鱼精子更长。也许老鼠精子真能自己游完全程、到达卵子,但鲸鱼精子不可能在没有其他助力的情况下,游过长100倍的雌性生殖道。哪有什么精子奥林匹克竞赛!
 
实际上,在人类平均每次射出的2.5亿个精子中,只有几百个能到达位于输卵管高处的受精地点。精子穿过女性生殖道的过程,更像是一个极具挑战性的军事障碍训练课,而不是标准的短程游泳竞赛。随着精子向上移动,数量逐渐减少,最终受精时只有不到百万分之一的精子包围住卵子。任何有生理异常的精子都会逐渐消失,卵子周围的幸存者都是随机的完整精子。
 
误区3雌性生殖道在被动地接受精子
精子在接近卵子的过程中,需要面临诸多挑战。许多精子甚至都没能到达子宫颈。阴道内的酸性环境,使得精子无法在那里存活很久。穿过子宫颈时,很多逃脱阴道的精子陷入粘液中,有缺陷的精子都被困住了。另外,成千上万的精子移到了一个叫做隐窝的侧通道内,在那里它们可以被存放数天。相对较少的精子直接穿过子宫腔,而在进入输卵管时,这个数量进一步减少。进入输卵管后,精子暂时被约束在内壁上,只有少量能够脱离并接近卵子。
 
我们一直在说,让卵子受精的精子像奥运冠军,这让我们容易忽略一个问题:一次射精可能含有过多的精子。如果包围卵子的精子数过多,由一个以上的精子受精,即多精受精的风险就会提高。多精受精偶尔会发生在人类身上,尤其当父亲的精子量过高时。两个精子让卵子受精导致的最常见结果是,胚胎的细胞会含有69条染色体,而不是通常的46条。这是致命的,通常会导致流产。虽然有的能活到出生,但也总在不久后早夭。由于多精受精的结果是致命的,女性生殖道演化出了一系列障碍,严格限制包围卵子的精子数。
 
当生育能力受损或不育而进行辅助生殖时,多精受精是需要实际考量的问题。例如,最早人工授精的标准程序是将精液引入阴道,后来则发展为子宫内输精(IUI)。直接将精液引入子宫,可以绕过让精子数减少的子宫颈。临床数据分析显示,往子宫内输入2000万个精子(不到平均射精量的十分之一),足以达到常规妊娠率。
 
在体外人工受精(IVF)时,精子量更为重要。精子与卵子直接在玻璃试管里接触,绕过了阴道与卵子间的所有天然过滤器。在IVF的早期发展阶段,人们会使用过多的精子,希望最大化受精成功率——这是能理解的,但是人们忽略了自然过程,5万到50万的高精子量让成功率越来越低。要达到最佳受精率,卵子周围只需25,000个精子。IUI与IVF都有可能增加多精受精和流产的风险。
 
多精受精可能导致胚胎发育异常 | Pixabay
多精受精的可能性,也为精子量的演化提供了新的视角,因为这涉及到了生物学中常见的某种平衡。如果雄性直接竞争,自然选择可以导致精子量增加,也可以导致女性生殖道内演化出相应的机制,来限制卵子周围的精子量。在混杂交配的灵长类动物(例如黑猩猩)中,雌性输卵管长度的增加地小了雄性精子量的增加,这可能就是卵子对精子量的限制。这也说明,女性在受精过程中,绝不像人们通常认为的那般被动。
 
误区4精子竞赛,“最强最快”者获胜
人们总是相信,受精过程存在某种选择,使得最强最快的精子能够获胜,进入卵子。但实际上,这样的选择很难出现。精子头部的DNA是紧密结合的,几乎呈结晶状,要如何从外部检测出它的特性呢?小鼠的研究表明,没有出现根据精子含有Y染色体或X染色体而选择的情况。因而,人类受精似乎更像是有2.5亿张彩票的巨型抽奖活动,对健康的精子而言,能让卵子受精是因为运气好。
 
精子入卵,或许只是运气好 | pdimages.com
精子其他的一些特征也有待解释。例如,为什么人类的精液中含有大量畸形的精子,像是双尾、小头等明显缺陷?“神风精子”假说认为,这些哑弹精子在竞争中起着不同的作用,如阻断甚至杀死其他男性的精子。然而,这一假说已经被证实是错误的。
 
“精子竞赛”这个观念,完全掩盖了生殖的真相。证据表明,与冲向卵子相反,许多精子会在女性生殖道里存放数天。长久以来,人们一直以为人类精子只能在女性生殖道里存活两天。然而,从20世纪70年代起,越来越多的证据显示,精子可以完全无损地存活至少五天。而现在的研究者认为,精子可以存活长达10天甚至更久。
 
误区5男性生育能力不会随着年龄衰弱
与女性绝经期突然失去生育能力不同,很多人都认为,男性到老都有生育能力。然而,大量证据表明,男性的精子数量和质量都会随着年龄增长而下降。此外,近期一项研究显示,突变在精子中的累积速度比在卵子中快四倍。也就是说,老年男性的精液其实是充满风险的。
 
在工业化社会,女性初次生育的年龄逐渐增加,生殖问题也随之而来。许多人将冻卵手术当作解决方案,但它具有高度侵入性,而且非常昂贵。而随着男性年龄增长而增多的生殖问题却很少被提及。实际上,储存年轻男性的精液以供以后使用,这是一种能够减少老年夫妇生殖问题的方法,不仅有效,而且成本与侵入性都小得多。
 
人类生殖学领域里,更少的性别偏见与更可靠的知识能带给我们许多益处,而这仅是其中之一。
 
误区从何而来?
这些误区,是一步步积累下来的,并且不断影响着我们对性别的看法。
 
17世纪中期,自然哲学家勉强用肉眼看到了女性的卵子。当时,他们认为所有的生命都是由神创造的:一个人存在于另一人体内的卵子里,就像俄罗斯套娃一样。这种观点叫预成论(preformation)。
 
预成论认为,一个人存在于另一个人的卵子 | Pixabay
人们可能会认为,随着科学的进步,清晰的显微镜会粉碎俄罗斯套娃理论。事实恰恰相反。人们在显微镜下不仅看到卵子,还看到了精子,这使得预成论演变成了一种新的、甚至更加父权的政治自负:一些人认为,卵子只是一个被动的容器,等待着活跃的精子来引发生育;每个精子的头部里则有一个微小的、预先成型的人。
 
精子里住了小人 | Nicolaas Hartsoeker
功能更强大的显微镜,最终把微型人理论扫进了历史的垃圾桶,但人们的观念并没有太大的改变。例如,“卵子是被动的参与者”这个观念,就是它最显著的遗产。可以理解(尽管这也很不幸),普通公众也许会相信这种错误的、带有性别偏见的模式和隐喻。但是,包括生物学家和医生,也都犯了这种错。
 
直到1991年,在真正的科学研究已经被广泛应用很久之后,纽约大学人类学家艾米莉·马丁(Emily Martiin)才指出生殖学的“科学童话”——教科书里的精子卵子图,暗示着“女性的生殖机制不如男性的有价值”,以及“女性不如男性有价值”。例如,卵巢被描绘为只有限量的卵子,在一生中逐渐耗尽;而睾丸在一生中都能产生新的精子。卵子的生成常被描述为“浪费”,因为青春期的30万个卵原细胞里只有400个成熟卵子会被排出;然而,很少有人用“浪费”形容男人一生超过2万亿的精子产量。
 
这些理解,连同我们前面提到的误区,例如“大型游泳马拉松”、“最强最快者获胜”,都是过去的人们充满性别偏见的遗留物——一种基于错误科学、令人反感的男性幻想。但这还不是最糟糕的。更糟糕的是,继续相信有偏见的信息,阻碍了男性与女性得到重要的生殖治疗。
 
如今,微型人理论已经消失在了时间的迷雾中,仅仅作为人类在早期性细胞探索中的有趣失误而被提起。但是,它的影响及催生它的男性气概偏见,连同其他影响我们对生殖生物学观念的文化刻板印象一起,以更微妙的方式延续了下来。

 

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