【菠萝科学奖】精子是怎么在茫茫子宫里碰上小小卵子的？

获胜队:巴黎高等师范大学杨静队

想象一下，你和数亿人被*在一个直径超过1000米的铁罐里。没有空气，没有光，只有水。在罐子的一个角落里，只有一个通向外面的小开口。谁先找到这个小开口，谁就能逃脱。一旦有人成功逃脱，出口将被封闭，其他人将永远不会再离开。更可怕的是铁罐的形状根本不规则，每个人只能带一个氧气瓶。

这个可怕的场景不是来自科幻电影，而是一场我们都“经历过”的比赛。铁罐是母亲子宫的隐喻。我们每个人都曾是亿万精子玩家之一，试图找到母亲子宫里卵子的出口。精子找到卵子的那一刻就是我们生命开始的时刻。

人类的子宫看起来有点像一个倒置的梨，大约5厘米宽，7.5厘米长。子宫两侧各有两个约0.3毫米宽的开口，连接一对输卵管。母亲的卵子会随机出现在输卵管的某处。如果你想逃离你父亲的亿万精子，你必须触摸黑色并迅速进入输卵管找到卵子。

尽管许多科学家在内窥镜下观察到了精子的运动，但仍不清楚精子是如何在巨大的子宫中找到卵子的，因为内窥镜只能探测到几微米的范围。为了清楚地理解这个问题，巴黎师范大学的博士后杨静决定进行理论研究，并建立一个精子在子宫内运动的二维数学模型。

杨静认为精子的轨迹有点像台球桌上的台球。如果它没有到达边界，精子会以每秒75微米的速度沿着直线游动。如果它到达边界，精子会以任意角度弹开，继续直线游动。

人类子宫和输卵管开口的二维模型，精子的轨迹有点像台球。

人类子宫和输卵管开口的二维模型，精子的轨迹有点像台球。

经过大量的公式推导和数值模拟，杨静发现在人类母亲子宫的二维模型中，精子随卵子进入输卵管的平均时间约为17小时，这与以前的实验数据基本一致。此外，他们发现子宫的形状会严重影响精子逃逸的平均时间。在狭窄的子宫或平坦的子宫中，精子逃逸的平均时间相对较短。在圆形子宫中，精子逃逸的平均时间可能会延长几倍。

子宫长宽比ρ与平均精子逃逸时间的关系。

杨静指出，精子寻找卵子的过程在动物繁殖中起着重要的进化意义。一些数据显示，西方男性的精子数量一直在下降。在过去的40年里，这个数字减少了一半。有证据表明，当精子浓度降至25%时，可能会导致不育。因此，研究精子搜寻卵子的数学理论具有重要的现实意义。

为了奖励他们在数量上做出的努力，让人类准确重生，我们决定授予他们2018年菠萝数学科学奖。