人間の精子は卵管に到達し、卵子と受精します。一般的に言えば、彼らは、15cm～18cmの距離を移動する必要があります。精子が動物の中で最も小さな細胞の 1 つであることを考えると、人間の精子の先体から先端までの長さはわずか約50ミクロンです。、15センチ以上移動するのは簡単な作業ではありません。
実際、精子にとっては距離が非常に遠いだけでなく、精子は女性にとって異物であり、自然に防御されるため、15 cmの旅にはさまざまな「ブービートラップ」があります。
これらには、精子を捕捉する頸管粘液、精子を飲み込む白血球などが含まれます。毎回数億の精子が同時に出発しても、実際に目的地、つまり卵子に接触できるのはわずか約 200 個だけです。
クアパン/フリッカー
そこで興味深い疑問は、精子はどのように動くのかということです。前進し続けるためのエネルギーはどのように得られるのでしょうか？
精子の「泳ぎ」については非常に興味深い話がいくつかあるので、別途言及する必要があります。このことは300年以上科学者を騙し続けてきました。
300年以上にわたって精子がいかに科学者を騙してきたか
1677年、光学顕微鏡の父と呼ばれるオランダの科学者レーウェンフックが顕微鏡を改良した後、彼はこの顕微鏡を通して自分の精子を注意深く観察しました。人類が精子を目にしたのはこれが初めてだった。
写真: レーウェンフック
レーウェンフックの記述によれば、彼は膨大な数の「微生物」を見たという。これらの「生き物」はそれぞれ、腫れた頭と長くてほぼ透明な尾を持っていました。彼らはエネルギーに満ちていて、蛇のように、そして水の中のウナギのようにうごめいていました。
当時、人々はこれがヒトの生殖細胞であるとは考えていませんでした。実際には、レーウェンフックは、それらが一種の寄生動物であると信じており（おそらく彼は自分のこれらを初めて見たとき怖がった）、この「生き物」を説明するために特に「精子動物」（現在は精子動物と訳されている）という用語を作成しました。
写真: 当時、人々は精子の先体の中に小さな人間が住んでいると考えていました。
精子が発見されてから長い間、人々はこれらの細胞が何に使われるのか、実は知りませんでした。
1695年、同じくオランダ人のニコラス・ハートソックは、精子を観察した後、即座に「神の秘密」を理解したと感じた。彼は、精子の中に小さな人が住んでおり、その後、これらの小さな人が女性のお腹の中で大きな人に成長すると信じて、精子の役割を初めて定義しました。これが妊孕性のすべてです。
しかし、恥ずかしいことに、この男はなぜこれほど多くの人が入ったのに、最終的に出てきたのはたったの1人か2人なのか説明できないということです。
人々は 1827 年まで哺乳類の生殖の秘密を理解していませんでした。その年に科学者たちが卵を発見したからです（卵の数が非常に限られていたため、卵を見つけるのは困難でした）。 1876 年になってようやく科学者たちが精子と卵子の融合を観察し、哺乳類の生殖の秘密がついに明らかになりました。
レーウェンフックの精子の発見に戻りましょう。彼はこれらの「生き物」が何のためにあるのか知りませんでしたが、顕微鏡の下で生き物を説明するのが非常に上手だったことは間違いありません。
カメラがなかった時代に、レーウェンフックは精子の肖像画を手で描き（上の写真）、精子がどのように動くかを初めて画像と言葉で同時に説明しました。精子はオタマジャクシや魚のように尻尾を左右に振ることで前に進みます。
この形で動く精子（尻尾が揺れる）は、おそらくほとんどすべての人の固定観念に当てはまります。なぜなら、私たちが触れる一般的な科学本のほとんどでは、このように説明されているからです。
最近 (2020 年) まで、メキシコ国立自治大学の研究者たちは次のことを発見しました。精子はこのように尻尾を振って「泳ぐ」わけではないことが分かりました。実際には回転する穴の形で動きます。
メキシコ国立自治大学の研究者らは、圧電デバイスを備えた 3D 顕微鏡と、毎秒 55,000 フレーム以上を記録できる高速カメラを使用して、自由遊泳する精子を 3D スキャンし、精子の動きを数学的に構築しました (以下を参照) [1]
この研究は、2020年7月31日付けのサイエンス・アドバンス誌誌に掲載された。研究者のガデルハ氏はインタビューで、「精子は全く泳げず、ただ液体の中にドリルで入り続けるだけだ」と述べた。
実際には、精子の高速かつ高度に同期した回転 - 毎秒 20 回転、2D顕微鏡で観察しても精子の動きを正しく理解することはできず、左右の揺れしか見えず、現代の研究では通常2D顕微鏡が使用されるため、精子は300年以上もこのように科学者を騙し続けてきた。
なぜ精子は回転するのでしょうか？
精子は高度に特殊化された細胞であるため、多大な進化圧力を受けており、そのすべての特性は受精を完了するという単一の目的を持っています。
左右に揺れる遊泳姿勢は、泳ぎやすい液体の中を進むのに適しており、受精を完了するために精子が直面する必要がある環境は非常に複雑です。
同じ旅でも、ベタベタしてまったく推進できないこともあれば、潤滑剤が塗られていることもあれば、単に乾いていることもあるなど、さまざまな環境に直面する必要があるため、コマのように回転する方が推進力を振り回すよりはるかに優れています。
さらに今回の研究では、人間の精子の尾は実際にはバランスが悪く片側のみ揺れており、片側の揺れにより円を描くように回転しているはずであることも判明した。
しかし精子は適応を見つけました。泳ぐときに回転し、先体も尾の回転方向に回転します。この方法により、片側のスイングによって生じる非対称性を相殺できます。
私は 2019 年の研究をレビューし、哺乳類の精子の先体はネジのような螺旋状になっていることがわかりました [2]。これは精子の動きと正確に一致しています。
そこで、別の質問があります。精子は非常に小さいので、一生懸命穴を開けなければなりませんが、そのエネルギーはどこから来るのでしょうか?
実際、これは精子の高度に特殊化された性質の一部でもあります。
細胞が活動するためのエネルギーは主に細胞のエネルギー工場と呼ばれるミトコンドリアから来ていることがわかっています。精子は小さいですが、精子にエネルギーを供給する小さな電池のようなミトコンドリアをたくさん持っています。
これらのミトコンドリアは精子の中央部に集中しており、空間を最大限に利用するために、科学者たちはこれらのミトコンドリアがらせん状であることを発見しました。
このミトコンドリアに「燃料」を与えるのがその活動場所です。そこでのみ精子は5日以上生存するチャンスがありますが、他の環境では精子はすぐに不活化されてしまいます。
最後に、精子について広く広まっている誤解について話しましょう。
私たちの多くは、最も速い精子だけが受精を完了するチャンスがあると聞いたことがあるため、私たちは生まれてから何億もの競争の中で一度は勝ったことがあります。
しかし、実際にはそうではなく、より速く走る（または掘削する）精子が最初に卵子に遭遇するだけであり、卵子が最終的な選択をすることを示す証拠がますます増えています。彼らは、レースを完走した数百、場合によっては数千の精子の中から 1 つを選択します [3]。
参照:
[1].https://doi.org/10.1126/sciadv.aba5168
[2].https://doi.org/10.1098/rstb.2019.0149
[3].https://www.news-medical.net/news/20200611/The-egg-decides-what-sperm-fertilizes-it.aspx