精子在微重力环境下会迷失方向 严重影响太空旅行

精子在微重力环境下会迷失方向 严重影响太空旅行(图1)

一次太空之旅可能会让人类男性的精子在黑暗中四处乱撞,追着自己的尾巴转圈。

澳大利亚阿德莱德大学的研究人员表明,在实验室环境中,失重状态可能对我们的生殖细胞产生不利影响,这或许是太空旅行对人类以及我们携带的哺乳动物带来的一种潜在风险。

该研究利用一台三维旋转仪在地球上模拟微重力环境,这种设备会定期旋转,使生物样本无法感知上下方向。该工具测试了人类、猪和啮齿类动物精子在没有重力常规引导的情况下如何穿越通道。

换句话说,精子仿佛被蒙上眼睛、随意旋转,然后被派去寻找卵子,将他们的未来“钉”在上面,就像一场微小的派对游戏,却牵涉到巨大的意义。

精子需要穿越的通道被设计成模拟哺乳动物雌性生殖道的结构。如果精子对上下前后方向感到困惑,就更难顺利通过。

“我们观察到,在微重力条件下,能够成功穿过迷宫通道的精子数量显著减少,相比正常重力条件,”阿德莱德大学生物学家尼科尔·麦克佩森解释道。

这种现象在所有型号中都存在,尽管精子物理移动的方式没有发生变化。这表明它们方向性的丧失并非源于运动能力的变化,而是其他因素所致。

精子在微重力环境下会迷失方向 严重影响太空旅行(图2)

研究结果建立在2024年的一项研究之上,该研究发现人类精子在受到波动重力水平影响时,其运动能力和健康状况显著下降。

如今看来,这些变化可能会影响精子在通道中的导航能力。

最近这项研究由生殖免疫学家汉娜·洛林领导,研究人员尚不清楚这种现象的原因,但他们推测,在没有引力的牵引下,精子细胞失去了与通道壁的接触,这可能影响了它们前进的方向。

不过,精子感知前进方向的手段并不仅限于重力。研究人员发现,在微重力环境下,只要用激素孕酮铺设一条明显的化学路径,人类精子就能抵达迷宫的尽头。

这些发现强调了在微重力环境下趋化性精子反应的重要性,作者们总结道。

有趣的是,我们的研究结果表明,精子可能具备一些适应性机制,使其能够在没有重力的情况下仍能到达受精部位。

精子在微重力环境下会迷失方向 严重影响太空旅行(图3)

但缺乏重力可能影响的远不止导航。即使在微重力环境下存活的精子找到了卵子,也可能产生后续影响。

研究人员将小鼠精子通过翻转仪处理四小时,再将其与卵子结合时,受精成功率比正常精子低30%。

“我们观察到,在暴露于微重力环境四至六小时期间,受精率有所下降,”麦克弗森说。

长期暴露似乎更为有害,导致发育延迟,有些情况下甚至出现早期胚胎形成阶段中构成胎儿的细胞数量减少。

人类是否也是如此尚不清楚,但在临床旋转仪中,人类精子和小鼠精子的表现方式相似。

随着商业航天飞行的日益增多,一些科学家警告称,我们对微重力及其他太空危险因素(如辐射)如何影响人类性腺和生殖能力仍知之甚少。

这些发现……凸显了微重力环境下生殖成功率的复杂性,以及在早期发育各个阶段开展进一步研究的迫切需求,阿德莱德的研究人员总结道。

理解配子和胚胎对改变重力的分子和机械敏感性,对于确保人类及家畜在太空环境中的长期生殖可持续性至关重要。

该研究发表于《通讯生物学》。

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