精子の泳ぎ方に関する研究
精子の泳ぎ方が考えていたのと違うことが判明 image by:polymaths-lab / youtube

 尻尾を左右に振りながらおたまじゃくしのように健気に泳ぐ。それが今まで考えられてきた精子のイメージで定説となっていた。

 ところが、最新の3Dモデルによれば、じつは精子はコルク抜きのように回転しながら泳いでいるのだそうだ。これは340年来の常識をくつがえす発見だ。
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精子の泳ぎ方に関するこれまでの定説


 精子についての一番古い記録は、「微生物学の父」と呼ばれるオランダ人科学者アントニ・ファン・レーウェンフックによるものだ。

 彼は1677年に自作の顕微鏡で自分の精液を覗き込んだ。そのとき彼が記した「アニマルクル(微小動物)」こそ、後に「精子」として知られるようになるものだ。

 ファン・レーウェンフックはアニマルクルには丸い頭部があり、尻尾を左右に振って液体の中を進むと考えた。こうして先に述べた私たちの精子のイメージが、彼の観察以来、今にいたるまで世の中に定着してきた。

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iStock

頭部を尻尾とは逆方向に振り、らせん状に動く


 ブリストル大学(イギリス)とメキシコ国立自治大学(メキシコ)の研究グループは、顕微鏡の中の精子が移動するときに、頭の部分が”瞬く(またたく)”ことに気がついたという。回転していることを示すサインだった。

 そこで具体的に精子が液体の中をどのように泳いでいるのかモデル化してみることにした。

 そのために液体の中の精子を、さまざまな角度から毎秒5万5000フレームで3Dスキャン。さらに圧電素子で圧力・加速・力を検出し、1メートルの100万分の1以下という極小の動きを計測。こうして集められたデータを数理モデルで可視化したのだ。


Spinners, not swimmers: how sperm fooled scientists for 350 years


 研究グループの予測は、精子がクルクルと回転しながら移動しているというものだった。ところが、実際には精子は尻尾を振っていたのだ。一方向にだけ。

 実は精子は対称的な作りをしておらず、尻尾はもともと片方に曲がっている。主執筆者のHermes Gadelha氏によれば、精子はこうした非対称性から対称性を作り出して泳いでいるのだという。

 自分自身の軸と中心点を中心に尻尾を一方向に回転させるのだ。だが、これだけではクルクルと同じところを回ってしまうだけで、前進することができない。そこで精子は頭部を尻尾とは逆方向に振り、コルク抜きのようならせん状の動きをする。

 Gadelha氏は、それを片腕だけで泳ぐ人にたとえている。

 片腕だけで泳げば、人の体は自然に円を描くように動く。まっすぐ進むためには、逆方向に回転することで、片腕であることによる非対称性を相殺しなければならないからだ。

 精子もこれと同じで、回転して非対称性を均一にならしている。しかし、顕微鏡で精子を真上から観察してみれば、まるで尻尾を左右に振っているように見えるだろう。


Human sperm rotates like a spinning top in 3D

生物に普遍的な構造か?


 人間の精子以外にもこのように泳ぐ生物はいる。たとえばマウスやラットの精子がそうだし、緑藻綱のクラミドモナスもそうだ。こうした仲間は、非対称的な形状で非対称的な動きをする。

 Gadelha氏は、このことはさまざまな種で共通する普遍的な構造を示している可能性があると指摘する。ただし、それがもっとも効率的な泳ぎであるかどうかは分からないともいう。

 生物は最適化するよう進化してきたと考えられがちだが、そこにはさまざまな要因が絡んでいる。精子にしてみれば、ただ泳いで卵子を探せばいいわけではなく、化学的な手がかりを見つけねばならないし、さまざまな粘性にも対応できなければならない。

2_e2
image by:Polymaths-lab.com

不妊治療のヒントにも


 Gadelha氏によると、精子が泳ぐ方法について理解することは、不妊の治療に役立つかもしれないという。世界ではおよそ5000万組の夫婦が不妊であるとされている。そして不妊の2、3割が男性側の生物学的な要因によるものだ。

 精子が回転するという新しい知見が不妊治療にどのように役立つのか? 「それは次の章の出来事です」と同氏はコメントしている。

この研究は、『Science Advances』(7月31日付)に掲載された。
Human sperm uses asymmetric and anisotropic flagellar controls to regulate swimming symmetry and cell steering | Science Advances
https://advances.sciencemag.org/content/6/31/eaba5168.abstract
References:inverse / smithsonianmag/ written by hiroching / edited by parumo
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コメント

1

1. 匿名処理班

  • 2020年08月07日 09:12
  • ID:.WVOcZHD0 #

かっこいいな

2

2. 匿名工作員

  • 2020年08月07日 09:16
  • ID:JbZzgcXI0 #

あれ?
10年以上も前に、同様の研究結果を見た覚えがあるけど…
勘違いだったかなぁ。。。

3

3. 匿名処理班

  • 2020年08月07日 09:23
  • ID:upPiWqmg0 #

マグナムから発射された弾丸が回転しているという事はシティハンターを履修している日本人なら知ったこと

4

4. 匿名処理班

  • 2020年08月07日 09:40
  • ID:ypyTpTkc0 #

昔TVで観たときにくるくる回りながら泳ぐんだなーって思った記憶がある。

5

5. 匿名処理班

  • 2020年08月07日 09:40
  • ID:rfMWjFlL0 #

ヘリコバクターピロリ菌もそないな進み方?

6

6. 匿名処理班

  • 2020年08月07日 09:44
  • ID:mLYNdbgj0 #

※2
突然変異かなんかで胴体が枝分かれしてる個体がいて、それの動きからもしかして回転してるのでは?とかそういう研究結果出してる人もいた気がする

7

7. 匿名処理班

  • 2020年08月07日 09:46
  • ID:Sizi7e6i0 #

旋毛ができるのはこのせいだったんだな

8

8. 匿名処理班

  • 2020年08月07日 09:48
  • ID:w9G7oDDM0 #

考えてみればそれが効率的だもんな
人間もジャイロ回転する全く新しい泳法ができて
将来は男子コークスクリュー100mなんてやってるかもしれない

9

9. 匿名処理班

  • 2020年08月07日 09:49
  • ID:xTzTQA2Z0 #

なおたけしの万物創世記のマイクロロボットの件で似たものが出てきた模様

10

10. 匿名処理班

  • 2020年08月07日 09:51
  • ID:m391umaD0 #

たつんだジョー!

11

11. 匿名処理班

  • 2020年08月07日 09:59
  • ID:AgvtQThj0 #

貫通力を上げるためか
他の生き物も?

12

12. 匿名処理班

  • 2020年08月07日 10:00
  • ID:sjo4J7ls0 #

卵子の膜を破るのにドリル運動はちょうどいいんだろう

13

13. 匿名処理班

  • 2020年08月07日 10:18
  • ID:.IbcZGE80 #

シダ植物の精.子も螺旋状の動きで泳いでいく。案外動植物問わずそうなのかもしれない。

14

14. 匿名処理班

  • 2020年08月07日 10:28
  • ID:sbHSqH8Z0 #

そら数千万の密集状態で尻尾振り回して前進とかまともに進めんわ

15

15. 匿名処理班

  • 2020年08月07日 10:54
  • ID:XRmKYyON0 #

どういうこと?
みんなあの頃の記憶無くしちゃったの!?

16

16. 匿名処理班

  • 2020年08月07日 10:59
  • ID:3ySMTukQ0 #

けど判明してみるとコッチの方が遥かに理にかなってるね
前進に必要な動きも最小限で済むし、最大の目的は貫通なんだし

17

17. 匿名処理班

  • 2020年08月07日 11:11
  • ID:HHD8rsvN0 #

マトリックスのセンチネルみたいだ

18

18. 匿名処理班

  • 2020年08月07日 11:14
  • ID:fSZcaSuv0 #

へろへろ泳ぐのよりカッコよくてなんだか自信が持てそうです

19

19. 匿名処理班

  • 2020年08月07日 11:19
  • ID:ZtOrkjyf0 #

イメージ的にわーいって泳いでたのが
うおおおおおって泳いでるに変わった瞬間である

20

20. 匿名処理班

  • 2020年08月07日 11:33
  • ID:QjVk24kX0 #

以前、Nスぺの「人体シリーズ」でやってたね。
NスぺのCG画像はもっとカッコ良かった。
べん毛の根元部分にミトコンドリアがあって、モーターの様に軸部分が回転し、軸に繋がっているべん毛が回転して前進すると言う構造です。

21

21. 匿名処理班

  • 2020年08月07日 11:46
  • ID:lthXVHDL0 #

>>2
ギガジンで2012年にまっすぐではなく右回りに泳ぐって記事があったよ
そういった記事を記憶の中でごっちゃにしてるかと

22

22. 匿名処理班

  • 2020年08月07日 11:51
  • ID:1CAgDUSg0 #

グッバイ、エイジ・ダテ

23

23. 匿名処理班

  • 2020年08月07日 11:57
  • ID:oB2Zrq.90 #

健気に工夫して泳いでいるところすまんが、そこはゴミ箱なんだ・・・。

24

24. 匿名処理班

  • 2020年08月07日 12:10
  • ID:7xsjFFTR0 #

>>20
あっ!それだっ!Thank you

25

25. 匿名処理班

  • 2020年08月07日 12:22
  • ID:AHAivYwK0 #

>尻尾はもともと片方に曲がっている

あーやっぱりねと思ったw

26

26. 匿名処理班

  • 2020年08月07日 12:23
  • ID:iW4RUBLE0 #

今後「そういうシーン」を観るときにどう描いているかでその作者さんが情報に聡いか疎いかがわかりますね

27

27. 匿名処理班

  • 2020年08月07日 12:50
  • ID:nvh.Zf3I0 #

えぐり込むように(卵子を)打つべし!打つべし!打つべしっ!!

28

28. 匿名処理班

  • 2020年08月07日 13:58
  • ID:7QQNSzzZ0 #

>>1
そらそうせんと卵子の膜を突破する突破力は生まれんわな。

29

29. 匿名処理班

  • 2020年08月07日 14:45
  • ID:yWnrv9K60 #

えっ、いまから突入シーン描き直さなきゃいけないんですか

30

30. 匿名処理班

  • 2020年08月07日 14:48
  • ID:6vlgeMJN0 #

これが螺旋力...?

31

31. 匿名処理班

  • 2020年08月07日 14:54
  • ID:3ACvpKWj0 #

この記事を読んだ何人かの薄い本の作者が書き直す未来が見える

32

32. 匿名処理班

  • 2020年08月07日 15:08
  • ID:Z4o5gDOG0 #

正直どうでも良いことだから340年も研究されてなかったんだな。

33

33. 匿名処理班

  • 2020年08月07日 15:14
  • ID:H6wUGhKo0 #

ミトコンドリア内にあるモーターとかもそうだが複雑な制御が必要になる運動機関じゃなくて単純ただデタラメに突き進み続ける装置付けて数大量に揃えて一斉に動き回るっていうのが結局受精には最善だったと

34

34. 匿名処理班

  • 2020年08月07日 16:42
  • ID:F0NHWMfo0 #

尾びれないのにどうやって進んでるのか謎で、胎内の粘性とかが関係してると思ったけど、こうやってたのか

35

35. 匿名処理班

  • 2020年08月07日 16:49
  • ID:xTzTQA2Z0 #

>>19
そりゃ生き残るために必死よ。覚えない?

36

36. 匿名処理班

  • 2020年08月07日 17:26
  • ID:Eyy4bLbo0 #

1989年放送のNHKスペシャル 驚異の小宇宙 人体でやってた

37

37. 匿名処理班

  • 2020年08月07日 17:48
  • ID:IrDY0c.20 #

※8
精.子の頭は「顔の前後ろ」という向きの概念が無いけど、
さすがに人間がやったら目が回って不合理じゃないかなぁ…。

自然界のオタマジャクシだって、
背側と腹側という厳然たる区別がある生物は
こういうドリル状の回転前進はしていないし。

38

38. 匿名処理班

  • 2020年08月07日 18:15
  • ID:h0594lgb0 #

そういえば、そうだった気もする。

39

39. 匿名処理班

  • 2020年08月07日 18:18
  • ID:h0594lgb0 #

※10
ホセ・面倒さ

40

40. 匿名処理班

  • 2020年08月07日 18:23
  • ID:U8.od0pU0 #

※10
ホセ・メンドーサ「終わった...何もかも...」

41

41. 匿名処理班

  • 2020年08月07日 18:29
  • ID:Eyy4bLbo0 #

>>28
膜は最初のせいし(漢字は不適切な単語らしいので仮名表記で)が到達するまではオールオープンだよ
最初の一つが到達した瞬間に硬化する
こじ開けようと頑張ってるせいしは、じゅせいらんに飛び込んでいるせいし

42

42. 匿名処理班

  • 2020年08月07日 18:35
  • ID:nvh.Zf3I0 #

>>29
ゴメンな。今日は徹夜で原稿あげてもらう。

43

43. 匿名処理班

  • 2020年08月07日 18:38
  • ID:r9nm1bs20 #

尿道も螺旋構造でビュッと飛び出すようになってるんだってね

44

44. 匿名処理班

  • 2020年08月07日 21:00
  • ID:ZNqxDMLW0 #

※3
大丈夫
キミの.22LRだってちゃんと螺旋描いて飛んで行ってるんやで?w

45

45. 匿名処理班

  • 2020年08月07日 22:06
  • ID:7QQNSzzZ0 #

>>41
オールオープンで突破力0でも大丈夫!!ってそれ確実?古い認識ではなく?

46

46. 匿名処理班

  • 2020年08月08日 00:41
  • ID:V0X7bUJc0 #

いわゆるスクリュー推進ってこと?
ヘリコプターにしろスクリューにしろ、ああいう形状は決して自然界では発生しないと思ってたけど意外と身近にいたんだな〜

47

47. 匿名処理班

  • 2020年08月08日 00:50
  • ID:6hxPb.Lu0 #

で、俺が産まれたってわけ

48

48. 匿名処理班

  • 2020年08月08日 02:35
  • ID:lBJBS8uq0 #

男性側理由の不妊の中には、この泳法がうまくいかないタイプしか作れない体質とかもあるんだろうなあ。

49

49. 匿名処理班

  • 2020年08月08日 02:53
  • ID:v9vKZs8K0 #

少なくとも50年以上前からよく知られている
精.子の尾の付け根の分子モーターがどんなタンパクで構成されているかもわかっている
かなり今更感の強い話だな

50

50. 匿名処理班

  • 2020年08月08日 12:00
  • ID:YSAGRvbZ0 #

しっぽ自体が軸になってて、モーターみたいに回転してるってのは、ずいぶん前にどこかで見た気がするんだけど?

51

51. 匿名処理班

  • 2020年08月08日 21:11
  • ID:algeLsgs0 #

こんなニョロニョロ動くものを大量に放出してると思うとちょっと気持ち悪い…という自分もその中の1匹の、少しばかり元気だったニョロニョロしたやつにすぎないと思うと…

52

52. 匿名処理班

  • 2020年08月09日 03:34
  • ID:kqi.H2O10 #

>>45
最初の一つだけフルオープンよ

53

53. 匿名処理班

  • 2020年08月09日 22:18
  • ID:dJYIfyrQ0 #

確かに前後以外に方向性は無いから、左右に振るのはおかしいな
AIに学習させたら同じ動きにたどり着くかも?

54

54. 匿名処理班

  • 2020年08月22日 20:26
  • ID:QT87AeTb0 #

こんなおたまじゃくしの様な物が自分の中に居るとか気持ち悪い。

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