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衝最快的精子受精只是運氣好 你所不知的5個生殖真相

2018-10-02 14:36元氣網 果殼網

造人,是一項激烈的運動。

喂,別想歪!我說的是精子的馬拉松。在大家的印象裡,人類生殖是一場大型游泳馬拉松:上億顆精子向卵子狂奔,直到“最快最強”的那一顆率先抵達終點,讓卵子受精;而在這個過程中,卵子則是完全被動的,等待接受精子的衝擊,從而形成生命。

不過,這些印象,大多都是誤區,包括“男人多老都有生育能力”,也只是一個美好的幻想。​

精子示意圖。ingimage
精子示意圖。ingimage

誤區1:高精子量是為了應對多雄競爭

我們通過功能強大的顯微鏡可以得知,人類的平均一次射精量(約半茶勺的量)約含2.5億個精子。但關鍵的問題是:為什麼這麼多?

研究表明,當男性的精液精子含量少於1億個時,懷孕率就會下降。很顯然,人類一次射出的精子有一半是正常生育需要的。

精子競爭是一個被大多數人接受的解釋,它源自於“精子為了受精相互競爭”的男性氣概觀念——通常還有“不止一個男人參與其中”這種假設來增加競爭。就像買彩票,買的越多被抽中的機會越多。這一理論認為,自然選擇驅使精子數量增加,就像是一場軍備競賽,而受精則是這場競賽的獎勵。

精子競爭的實例在動物世界裡的確比比皆是,我們的近親黑猩猩就是其中之一。黑猩猩所處的社會單元里,包含幾個經常進行混雜交配的成年雄性,因此雌性會與多個雄性交配。黑猩猩的諸多特徵,如顯眼的大睾丸,反映了該物種能產生特別多的精子。除了大睾丸以外,它們還有快速的精子生產速度、高精子數量、大精子中段(包含許多產生推動力的線粒體)、強健的輸精管、大的精囊與前列腺,以及大量白細胞(中和性傳播的病原體)。囊泡與前列腺一起產生精液,精液可以在陰道中凝結形成塞子,暫時阻止其他雄性精子進入。

許多人,包括科學家,都將此套用在人類精子身上,但證據卻指向了不同的結果。儘管存在種種駭人聽聞的傳言,但都沒有令人信服的證據,能夠表明人類男性在生理上適應精子競爭。與黑猩猩不同,包括人類在內的許多靈長類,都生活在只有一個繁殖雄性的群體中,例如典型的核心家庭。這些靈長類動物缺少直接競爭,睾丸也很小。人類睾丸只有核桃大小,是黑猩猩的三分之一。此外,黑猩猩的精液很少有生理異常的精子,但人類的精液卻含有大量的“啞彈”。由於缺乏直接競爭,人類精子的質量控制似乎鬆懈了不少。

這些沒有經常接觸到直接精子競爭的物種,為什麼還需要那麼多精子呢?唯一可行的解釋是與遺傳變異有關。在四十多年前發表的幾篇很少被引用的論文中,伯明翰大學生物學家傑克·科恩(Jack Cohen)注意到,精子數量與精子生成過程中染色體拷貝數之間存在關聯。在減數分裂產生性細胞的過程中,染色體通過交叉互換,交換大量物質。柯恩發現,在各個物種產生精子的過程中,交叉的次數增加,精子的數量也隨之增多。交叉增加了變異,這是自然選擇的基本原材料。就像抽獎時,需要打印足夠多的彩票來匹配可用的數字,精子生產的過程也需要足夠多的精子,來匹配不同的基因組合。

精子示意圖。(中央社)
精子示意圖。(中央社)

誤區2:精子們在全程“游泳”

實際上,人類精子在穿過子宮與輸卵管時,隨波逐流地被動運輸了相當長的距離。你大概想不到,哺乳動物的精子大小趨向於和體型大小呈反比,老鼠精子竟然比鯨魚精子更長。也許老鼠精子真能自己游完全程、到達卵子,但鯨魚精子不可能在沒有其他助力的情況下,游過長100倍的雌性生殖道。哪有什麼精子奧林匹克競賽!

實際上,在人類平均每次射出的2.5億個精子中,只有幾百個能到達位於輸卵管高處的受精地點。精子穿過女性生殖道的過程,更像是一個極具挑戰性的軍事障礙訓練課,而不是標準的短程游泳競賽。隨著精子向上移動,數量逐漸減少,最終受精時只有不到百萬分之一的精子包圍住卵子。任何有生理異常的精子都會逐漸消失,卵子周圍的倖存者都是隨機的完整精子。

誤區3:雌性生殖道在被動地接受精子

精子在接近卵子的過程中,需要面臨諸多挑戰。許多精子甚至都沒能到達子宮頸。陰道內的酸性環境,使得精子無法在那裡存活很久。穿過子宮頸時,很多逃脫陰道的精子陷入粘液中,有缺陷的精子都被困住了。另外,成千上萬的精子移到了一個叫做隱窩的側通道內,在那裡它們可以被存放數天。相對較少的精子直接穿過子宮腔,而在進入輸卵管時,這個數量進一步減少。進入輸卵管後,精子暫時被約束在內壁上,只有少量能夠脫離並接近卵子。

女性生殖系統正面圖| CDC/Wikimedia Commons
女性生殖系統正面圖| CDC/Wikimedia Commons

我們一直在說,讓卵子受精的精子像奧運冠軍,這讓我們容易忽略一個問題:一次射精可能含有過多的精子。如果包圍卵子的精子數過多,由一個以上的精子受精,即多精受精的風險就會提高。多精受精偶爾會發生在人類身上,尤其當父親的精子量過高時。兩個精子讓卵子受精導致的最常見結果是,胚胎的細胞會含有69條染色體,而不是通常的46條。這是致命的,通常會導致流產。雖然有的能活到出生,但也總在不久後早夭。由於多精受精的結果是致命的,女性生殖道演化出了一系列障礙,嚴格限制包圍卵子的精子數。

當生育能力受損或不育而進行輔助生殖時,多精受精是需要實際考量的問題。例如,最早人工授精的標準程序是將精液引入陰道,後來則發展為子宮內輸精(IUI)。直接將精液引入子宮,可以繞過讓精子數減少的子宮頸。臨床數據分析顯示,往子宮內輸入2000萬個精子(不到平均射精量的十分之一),足以達到常規妊娠率。

在體外人工受精(IVF)時,精子量更為重要。精子與卵子直接在玻璃試管裡接觸,繞過了陰道與卵子間的所有天然過濾器。在IVF的早期發展階段,人們會使用過多的精子,希望最大化受精成功率——這是能理解的,但是人們忽略了自然過程,5萬到50萬的高精子量讓成功率越來越低。要達到最佳受精率,卵子周圍只需25,000個精子。IUI與IVF都有可能增加多精受精和流產的風險。

多精受精的可能性,也為精子量的演化提供了新的視角,因為這涉及到了生物學中常見的某種平衡。如果雄性直接競爭,自然選擇可以導致精子量增加,也可以導致女性生殖道內演化出相應的機制,來限制卵子周圍的精子量。在混雜交配的靈長類動物(例如黑猩猩)中,雌性輸卵管長度的增加地小了雄性精子量的增加,這可能就是卵子對精子量的限制。這也說明,女性在受精過程中,絕不像人們通常認為的那般被動。

進行人工生殖時,精子採集後,被分裝在小瓶子內,放在冷凍箱中冷凍。圖/本報資料照片
進行人工生殖時,精子採集後,被分裝在小瓶子內,放在冷凍箱中冷凍。圖/本報資料照片

誤區4:精子競賽,“最強最快”者獲勝

人們總是相信,受精過程存在某種選擇,使得最強最快的精子能夠獲勝,進入卵子。但實際上,這樣的選擇很難出現。精子頭部的DNA是緊密結合的,幾乎呈結晶狀,要如何從外部檢測出它的特性呢?小鼠的研究表明,沒有出現根據精子含有Y染色體或X染色體而選擇的情況。因而,人類受精似乎更像是有2.5億張彩票的巨型抽獎活動,對健康的精子而言,能讓卵子受精是因為運氣好。

精子其他的一些特徵也有待解釋。例如,為什麼人類的精液中含有大量畸形的精子,像是雙尾、小頭等明顯缺陷?“神風精子”假說認為,這些啞彈精子在競爭中起著不同的作用,如阻斷甚至殺死其他男性的精子。然而,這一假說已經被證實是錯誤的。

“精子競賽”這個觀念,完全掩蓋了生殖的真相。證據表明,與沖向卵子相反,許多精子會在女性生殖道裡存放數天。長久以來,人們一直以為人類精子只能在女性生殖道裡存活兩天。然而,從20世紀70年代起,越來越多的證據顯示,精子可以完全無損地存活至少五天。而現在的研究者認為,精子可以存活長達10天甚至更久。

誤區5:男性生育能力不會隨著年齡衰弱

與女性絕經期突然失去生育能力不同,很多人都認為,男性到老都有生育能力。然而,大量證據表明,男性的精子數量和質量都會隨著年齡增長而下降。此外,近期一項研究顯示,突變在精子中的累積速度比在卵子中快四倍。也就是說,老年男性的精液其實是充滿風險的。

在工業化社會,女性初次生育的年齡逐漸增加,生殖問題也隨之而來。許多人將凍卵手術當作解決方案,但它具有高度侵入性,而且非常昂貴。而隨著男性年齡增長而增多的生殖問題卻很少被提及。實際上,儲存年輕男性的精液以供以後使用,這是一種能夠減少老年夫婦生殖問題的方法,不僅有效,而且成本與侵入性都小得多。

人類生殖學領域裡,更少的性別偏見與更可靠的知識能帶給我們許多益處,而這僅是其中之一。

人類精子庫。 圖/中新社
人類精子庫。 圖/中新社

誤區從何而來?

這些誤區,是一步步積累下來的,並且不斷影響著我們對性別的看法。

17世紀中期,自然哲學家勉強用肉眼看到了女性的卵子。當時,他們認為所有的生命都是由神創造的:一個人存在於另一人體內的卵子裡,就像俄羅斯套娃一樣。這種觀點叫預成論(preformation)。

人們可能會認為,隨著科學的進步,清晰的顯微鏡會粉碎俄羅斯套娃理論。事實恰恰相反。人們在顯微鏡下不僅看到卵子,還看到了精子,這使得預成論演變成了一種新的、甚至更加父權的政治自負:一些人認為,卵子只是一個被動的容器,等待著活躍的精子來引發生育;每個精子的頭部裡則有一個微小的、預先成型的人。

功能更強大的顯微鏡,最終把微型人理論掃進了歷史的垃圾桶,但人們的觀念並沒有太大的改變。例如,“卵子是被動的參與者”這個觀念,就是它最顯著的遺產。可以理解(儘管這也很不幸),普通公眾也許會相信這種錯誤的、帶有性別偏見的模式和隱喻。但是,包括生物學家和醫生,也都犯了這種錯。

直到1991年,在真正的科學研究已經被廣泛應用很久之後,紐約大學人類學家艾米莉·馬丁(Emily Martiin)才指出生殖學的“科學童話”——教科書裡的精子卵子圖,暗示著“女性的生殖機制不如男性的有價值”,以及“女性不如男性有價值” 。例如,卵巢被描繪為只有限量的卵子,在一生中逐漸耗盡;而睾丸在一生中都能產生新的精子。卵子的生成常被描述為“浪費”,因為青春期的30萬個卵原細胞裡只有400個成熟卵子會被排出;然而,很少有人用“浪費”形容男人一生超過2萬億的精子產量。

這些理解,連同我們前面提到的誤區,例如“大型游泳馬拉松”、“最強最快者獲勝”,都是過去的人們充滿性別偏見的遺留物——一種基於錯誤科學、令人反感的男性幻想。但這還不是最糟糕的。更糟糕的是,繼續相信有偏見的信息,阻礙了男性與女性得到重要的生殖治療。

如今,微型人理論已經消失在了時間的迷霧中,僅僅作為人類在早期性細胞探索中的有趣失誤而被提起。但是,它的影響及催生它的男性氣概偏見,連同其他影響我們對生殖生物學觀念的文化刻板印像一起,以更微妙的方式延續了下來。

本文來源於果殼網(微信公眾號:Guokr42),禁止二次轉載,如需轉載請聯繫sns@guokr.com

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