你以为精子在进行大型马拉松?其实是场大型抽奖

为什么我们会认为精子在进行“马拉松”?

17世纪中期,当自然哲学家勉强用肉眼看到了女性的卵子,他们认为所有的生命的都是由神创造的:一个人存在于另一人的体内的卵子里,就像俄罗斯套娃一样。这种看法叫预成论(preformation)。

人们可能会认为,随着科学的进步,清晰的显微镜会粉碎俄罗斯套娃理论。事实恰好相反,当显微镜让研究员不仅能看到卵子,还能看到精子时,预成论演变成一种新的、甚至更为父权的政治自负:一些生殖学家与学生认为卵子只是一个被动的容器,等待着活跃的精子来引发生育。而每个精子的头部里都有一个微小的、预先成型的人。

功能更强大的显微镜最终把微型人理论扫进了历史的垃圾箱里,然而人们的观念并没有太大的改变。该理论最为显著的遗产是,卵子是被动的参与者这一观念顽固地持续了下来——卵子被动地等待主动的精子游过重重障碍,从而形成生命。可以理解(尽管也是不幸的),普通公众也许会相信这种错误的、带有性别偏见的模式与隐喻。但是生物学家与医生也犯了这种错。

直到最近的1991年,在真正的科学研究已经尘埃落定,纽约大学人类学家艾米莉·马丁(Emily Martin)才在论文中指出生殖学的“科学童话”——教科书里的精子卵子图暗示着“女性的生殖机制不如男性的有价值”,以及“女性不如男性有价值”。例如,卵巢被描绘为只有限量的卵子,在一生中逐渐耗尽;而睾丸在一生中都能产生新的精子。卵子的生成常被描述为“浪费”,因为青春期的30万个卵原细胞里只有400个成熟卵子会被排出;然而,很少有人用“浪费”形容男人一生超过2万亿的精子产量。大众媒体与科学媒体常把人类生殖描绘成一场大型游泳马拉松:最快、最强壮的精子赢得让卵子受精的奖励。如果这种叙事仅仅是我们充满性别偏见的过去的遗留物——一种基于错误科学的、令人反感的男性幻想——那已经够糟糕了,然而更糟糕的是,继续相信有偏见的信息阻碍了男性与女性得到重要的生殖治疗。

误区1:高精子量是为了应对多雄竞争

功能强大的显微镜显示,人类的平均一次射精量(约半茶勺的量)约含2.5亿个精子。但是关键的问题依然没有解答:为什么这么多?实际上,研究表明,当男性的精液精子含量少于1亿个时,怀孕率就会下降。


那么很显然,人类一次射出的精子有一半是正常生育需要的。一个被大多数人接受的解释是精子竞争,源自精子为了受精相互竞争的男性气概观念——通常还有“不止一个男人参与其中”这种假设来增加竞争。就像买彩票,买的越多被抽中的机会越多。这一理论认为,自然选择驱使精子数量增加,这是一场为了名为受精的奖励而进行的军备竞赛。

精子竞争的实例在动物世界里的确比比皆是。我们的近亲黑猩猩所处的社会单元里包含几个经常进行混杂交配的成年雄性,因此雌性与多个雄性交配。诸多特征,如显眼的大睾丸,反映了该物种能产生特别多的精子。除了大睾丸以外,它们还有快速的精子生产速度、高精子数量、大精子中段(包含许多产生推动力的线粒体)、强健的输精管、大的精囊与前列腺,以及大量白细胞(中和性传播的病原体)。囊泡与前列腺一起产生精液,精液可以在阴道中凝结形成塞子,暂时阻止其他雄性精子进入。

大众观点以及甚至许多科学家都将这一情景套用在人类精子身上,但是证据指向了不同的方向。实际上,尽管存在种种骇人听闻的传言,但没有令人信服的证据表明人类男性在生理上适应精子竞争。与黑猩猩不同,许多其他灵长类(包括人类)生活在只有一个繁殖雄性的群体中,它们缺少直接竞争,睾丸也很小。人类和生活在单一雄性群体中的灵长类动物相似——这些群体包括典型的核心家庭。人类睾丸只有核桃大小,是黑猩猩的三分之一。此外,黑猩猩的精液很少含有生理异常的精子,但人类的精液含有大量的“哑弹”。由于缺乏直接竞争,人类精子的质量控制似乎松懈了不少。

对于没有经常接触到直接精子竞争的物种而言,高精子数量唯一可行的替代性解释与遗传变异有关。在四十多年前发表的几篇很少被引用的论文中,伯明翰大学生物学家杰克·科恩(Jack Cohen)注意到精子数量与精子生成过程中染色体拷贝数之间的关联。在减数分裂中,制造性细胞的特殊细胞分裂,染色体通过交叉互换交换大量物质。科恩发现,在各个物种产生精子的过程中,精子的数量都随着交叉的次数而增加。交叉增加了变异——自然选择的基本原材料。可以把精子生产看作彩票抽奖,要打印足够多的彩票(精子)来匹配可用的数字(不同的基因组合)。

误区2:精子们在全程“游泳”

其他研究结果也与大众观点恰好相反。研究证实,人类精子在穿过子宫与输卵管时随波逐流地被动运输了相当长的距离。令人惊讶地,哺乳动物的精子大小趋向于和体型大小呈反比,老鼠精子比鲸鱼精子更长。也许老鼠精子真能自己游完全程、到达卵子,但鲸鱼精子不可能在没有其他助力的情况下游过长100倍的雌性生殖道。哪有什么精子奥林匹克竞赛!

实际上,在人类平均每次射出的2.5亿个精子中,只有几百个能到达位于输卵管高处的受精地点。精子穿过女性生殖道的过程更像是一个极具挑战性的军事障碍训练课,而不是标准的短程游泳竞赛。随着精子向上移动,数量逐渐减少,在受精时只有不到百万分之一的精子包围住卵子。任何有生理异常的精子都会逐渐消失,卵子周围的幸存者都是随机的完整精子。

误区3:雌性生殖道在被动地接受精子

许多精子甚至都没能到达子宫颈。阴道内的酸性环境让精子无法在那里存活很久。穿过子宫颈时,很多逃脱阴道的精子陷入粘液中。有缺陷的精子都被困住了。另外,成千上万的精子移到了叫隐窝的侧通道内,在那里它们可以被存放数天。相对较少的精子直接穿过子宫腔,并且数量在进入输卵管时进一步减少。进入输卵管后,精子暂时被约束在内壁上,只有少量能脱离并允许接近卵子。

多精受精可能导致胚胎发育异常

推广让卵子受精的精子像奥运冠军这一想法掩盖了一个问题:一次射精可能会含有过多的精子。如果包围卵子的精子数过多,由一个以上精子受精(多精受精)的风险就会提高。多精受精偶尔会发生在人类身上,尤其当父亲的精子量过高时。两个精子让卵子受精导致的最常见结果是,胚胎的细胞会含有69条染色体,而不是通常的46条。这是致命的,通常会导致流产。虽然有些能活到出生,但总在不久后早夭。由于多精受精的结果是致命的,演化便让女性生殖道有了一系列障碍,严格限制包围卵子的精子数。

当生育能力受损或不育而进行辅助生殖时,多精受精是要实际考量的问题。例如,最早的人工授精标准程序是将精液引入阴道,已被子宫内输精(IUI)所代替。直接将精液引入子宫可以绕过让精子数减少的子宫颈。临床数据分析显示,往子宫内输入2000万个精子(不到平均射精量的十分之一)足以达到常规妊娠率。

在体外人工受精(IVF)时,精子量更为重要。精子与卵子直接在玻璃试管里接触,绕过了阴道与卵子间的所有天然过滤器。在IVF的早期发展阶段,人们会使用过多的精子,希望最大化受精成功率——这是能理解的,但是人们忽略了自然过程。5万到50万的高精子量让成功率越来越低。要达到最佳受精率,卵子周围只需25,000个精子。IUI与IVF都有可能增加多精受精和流产的风险。

多精受精的可能性为精子量的演化提供了新的视角。关于精子竞争的讨论通常只集中在最大化精子量上,但是,这涉及到在生物学中常见的某种平衡。如果雄性直接竞争,自然选择可以导致精子产量增加,也可以导致女性生殖道内限制卵子周围的精子量的机制。在混杂交配的灵长类动物(如黑猩猩)中,雌性输卵管的长度增加抵消了雄性精子量的增加。这可能限制了接近卵子的精子数量。这也说明,女性在受精里的作用绝不像人们通常认为的那般被动。

误区4:让卵子受精的是“最强最快”的精子

“最强大的精子获胜”这一根深蒂固的想法让人相信受精过程中出现了某种选择,但实际上选择很难出现。精子头部的DNA是紧密结合的,几乎呈结晶状,那么要如何从外部检测出它的特性呢?在小鼠身上的研究表明,没有出现根据精子含有Y染色体或X染色体而选择的情况。人类受精似乎更像是有2.5亿张彩票的巨型抽奖活动,对健康的精子而言,能让卵子受精是因为运气好。

对健康的精子而言,能让卵子受精是因为运气好

精子的其他令人费解的特征也有待解释。例如,我们早已知道,人类的精液含有大量畸形的精子,如双尾、小头等明显缺陷。“神风精子”假说认为,这些哑弹精子实际上在竞争中起着不同的作用,如阻断甚至杀死其他男性的精子。然而,这一假说已被证实是错误的。

精子竞赛这一根深蒂固的观念完全掩盖了繁殖的真相。证据表明,与冲向卵子相反,许多精子会在女性生殖道里存放数天。长久以来,人们一直以为人类精子只能在女性生殖道里存活两天。然而,从20世纪70年代起,越来越多的证据显示,精子可以完全无损地存活至少五天。而现在的研究者认为,精子可以存活长达10天甚至更久。

误区5:男性生育能力不会随着年龄衰弱

另一个危险的误解是男性到老都有生育能力,与绝经期女性突然失去生育能力形成鲜明对比。大量证据表明,男性的精子数量与质量都会随着年龄增长而下降。此外,近期一项研究显示,突变在精子中的累积速度比在卵子中快四倍。因此,老年男性的精液其实是充满风险的。

许多媒体报导过这样一个事实:在工业化社会,女性初次生育的年龄逐渐增加,伴随而来的生殖问题也在缓缓增加。许多人提出的解决方案是具有高度侵入性且非常昂贵的冻卵手术。然而,随着男性年龄增长而增多的生殖问题几乎很少被提及。有一种非常有效、成本与侵入性都要小得多的方法能减少老年夫妇的生殖问题:储存年轻男性的精液以供以后使用。这仅仅是人类生殖学领域减少性别偏见与增加更可靠的知识所能获取的益处之一。

如今,微型人理论已消失在了时间的迷雾中,只是作为人类在早期性细胞探索中的有趣失误而被提起。然而它的影响及催生它的男性气概偏见,与其他影响我们对生殖生物学提出的问题一起,以更微妙的方式延续了下来。

(编辑:vicko238、Ent)

题图来源:pixabay

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