最快最强的精子才能与卵子结合？其实是运气好而已
人类受精的过程通常被描述为一场巨大的游泳马拉松。只有最快最强壮的精子才能赢得与卵细胞结合的奖励。然而，人类受精的真实过程与人们想象的大不相同。在这篇文章中，著名的生物人类学家罗伯特·马丁告诉我们一个真实但陌生的受精过程。
在科学能够解释人类生殖之前，大多数人认为新生命是由无生命的物质自发产生的。在17世纪中叶，自然哲学家几乎无法用肉眼看到女性的卵细胞。他们还创造了一种叫做预成形的理论，认为所有的生命都是在上帝创造世界的时候创造出来的，新的生命存在于母蛋中，就像俄罗斯的陶巴一样。
有些人可能认为随着科学的进步，清晰生物透镜的出现将推翻这一理论。然而，事实上，当显微镜最终使研究人员能够清楚地看到精子和卵细胞时，先入为主的理论变成了一种新的、更家长式的政治意识形态:哲学家和一些研究生殖的学生认为卵细胞只是一个被动的容器，等待有活力的精子开始发育。精子呢？每个精子的头部都有一个微小的、形状各异的人。1695年，荷兰数学家和物理学家尼古拉·哈特苏克首次在显微镜下观察人类精子时，在精子中画出了侏儒图像。哈特索克承认他没有看到侏儒，但他相信他就在那里。
尼古拉斯·哈特索克认为精子中很少有人。(来源:*)
一个更清晰的显微镜最终推翻了这个理论。但在某种程度上，并没有太多的变化。第一种理论的残余依然存在，将卵子视为受精过程中的被动参与者，等待主动精子在艰难中苏醒。无论是大众媒体还是科学媒体，人类受精的过程通常被描述为一场巨大的游泳马拉松。只有最快最强壮的精子才能赢得与卵细胞结合的奖励。然而，人类受精的真实过程与人们想象的大不相同。
为什么有这么多精子？
高精度显微镜显示，人类半茶匙的平均射精量包含大约2.5亿个精子。但这也留下了一个关键问题:“为什么有这么多精子？”事实上，研究表明，一旦男性射出的精液中的精子数量少于1亿，女性怀孕的可能性就会降低。
对此的一个常见解释是精子竞争。就像买彩票一样，你买的彩票越多，中奖的几率就越高。出于同样的原因，自然选择也使得精子数量激增，就像一场为了获得生育奖励的军备竞赛。
动物世界确实存在精子竞争的案例。我们的近亲黑猩猩经常进行混乱的交配。同一只雌性可能依次与几只雄性交配。这种哺乳动物有能力快速产生大量精子。大量的精液凝结在阴道中，暂时阻止了竞争对手的精液进入。
对人类来说，尽管有各种耸人听闻的说法，但没有令人信服的证据表明人类男性在生理上适应了精子竞争。在许多群居灵长类动物的社会单位中，只有一个雄性可以繁殖，由于缺乏直接竞争，他的睾丸通常较小。人类与这些灵长类动物极其相似。人类的睾丸只有核桃大小，是黑猩猩的三分之一，人类精液中异常精子的比例比黑猩猩高得多。由于缺乏直接的精子竞争，人类似乎放松了对精液质量的控制。
与黑猩猩相比，人类缺乏直接的精子竞争。(来源:pixabay)
对于不需要直接精子竞争的物种，唯一可能的解释是高精子数与遗传多样性有关。在40多年前发表的几篇很少被引用的论文中，英国伯明翰大学的生物学家杰克·科恩指出，精子的数量与其生产过程中染色体的拷贝数有关。在减数分裂期间，成对的染色体通过交叉交换交换大量的遗传物质。科恩发现，不同物种之间的交叉交换越多，精子数量就越多。
十亿分之一的财富
其他发现也不同于公众意见。例如，大多数哺乳动物的精子不能完全游过女性生殖道，大部分需要通过子宫和输卵管的运动来运输。令人惊讶的是，平均来说，小型哺乳动物的精子比大型哺乳动物的精子长，所以小型哺乳动物的精子可以游过较短的生殖道。然而，对于较小的蓝鲸精子来说，在没有帮助的情况下，在雌性蓝鲸的生殖道中游100倍远显然是不可能的。令人信服的证据还表明，人类精子在通过子宫进入输卵管的过程中被动地传输了相当长的距离。这不像之前描述的奥运选手！
事实上，在一次射精中射出的2.5亿个精子中，只有几百个能到达输卵管进行受精。受精的道路更像是一个挑战性的军事障碍跑道，而不是游泳比赛。精子数量随着它们在女性生殖道中的移动而减少。所有不正常的精子都无法完成这一旅程，只有随机的完整精子才能到达卵子周围并成为幸存者。
精子游向卵细胞的过程需要许多障碍。(来源:wordpress)
许多精子甚至不能到达子宫颈。精子不能在阴道的酸性环境中存活很长时间。当通过子宫颈时，许多成功离开阴道的精子将被截留在子宫颈口的粘液中，所有异常精子都不能通过这里。此外，成千上万的精子进入称为隐窝的小管结构，并在其中储存几天。只有少数精子可以直接通过子宫腔，在进入输卵管的过程中，精子的数量会进一步减少。一旦进入输卵管，精子会暂时结合到输卵管的内表面，只有一部分会被释放出来进入卵子。
将成功结合卵细胞的精子与奥运会冠军相比较的概念掩盖了一次射精可能包含太多精子的事实。如果卵子周围有太多精子，多精子授精(多精子授精)的风险就会增加，这可能会导致灾难性的后果。多精症偶尔会发生，尤其是当男性精子数量非常大的时候。大多数结果是两个精子进入同一个卵子，这导致胚胎细胞含有69条染色体，而不是通常的46条染色体，这通常会导致流产的致命后果。为了防止多个精子进入卵子，女性生殖道中逐渐进化出一系列屏障，严格限制卵子周围的精子数量。
多精子进入卵子的可能性为精子数量的进化提供了新的线索。关于精子竞争的讨论通常只关注精子数量的最大化。但正如生物学中常见的那样，一些权衡也是存在的。如果雄性之间存在直接竞争，自然选择会导致精子数量增加，但雌性也会增强一些机制来限制卵细胞周围的精子数量。例如，黑猩猩，灵长类动物的一个特例，有更开放的交配和更激烈的精子竞争，所以雄性产生更多的精子，相应的雌性进化更长的输卵管来限制接近卵子的精子数量。这也表明女性在生殖过程中不像通常认为的那样被动。
其他误解
还有一种根深蒂固的观点认为，只有最好的精子才能赢。由此产生的各种猜测都认为有些选择已经发生，但很难想象这些选择是如何发生的。位于精子头部的脱氧核糖核酸高度浓缩，几乎呈晶体状。女性个体如何从外部检测这些DNA的性质？例如，小鼠实验表明，个体没有选择是Y染色体还是X染色体在精子中。人类受精似乎更像是从2.5亿张彩票中抽取的彩票。对于健康的精子来说，成功受精的本质只是比其他精子更幸运。
人们一直认为精子在射精后会疯狂地游向卵子，而人类精子在女性生殖道中只能存活两天。然而，自20世纪70年代中期以来，越来越多的证据表明，人类精子可以完整地存活至少5天。现在，人们普遍认为精子可以存活10天或更长时间。
罗伯特·爱德华爵士因体外受精研究获得2010年诺贝尔奖。在他1000页的教科书《人类女性》(1980)中，他在一句话中提到了颈部的隐窝。此后，许多其他作者也简要提到了储存在子宫颈隐窝中的精子。精子可以存活10天或更长时间，这完全影响了所谓的“自然”避孕方法。
另一个危险的误解是，年长的男人仍然完全可以生育。这与更年期妇女生育能力的突然消失形成了鲜明的对比。许多证据表明，男性精子的数量和质量随着年龄的增长而下降。此外，根据最近的一项研究，精子突变率是卵细胞突变率的四倍，所以老年男性的精液实际上含有高风险因素。
许多文章写道，在工业社会中，女性第一次生育的年龄越来越大，这带来了一系列的生育问题。然而，越来越严重的老年男性生殖问题，尤其是精子突变的快速积累，一直没有得到足够的重视。
现在，哈索克精子中的“小人儿”的故事似乎已经隐藏在时间的迷雾中，只是在人类生殖细胞的早期探索中作为一个错误而有趣的例子被提及。然而，它的影响和由此造成的男性偏见也仍然存在于生殖问题的文化定型观念中，并继续以更微妙的形式存在。