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仿生机器人揭示射线精子的运动模式

人们普遍认为精子通过拍打或旋转它们柔软的尾巴来“游泳”。然而,由香港城市大学(城大)科学家领导的一个研究小组发现,射线精子通过旋转尾部和头部来移动。

该团队进一步研究了运动模式并用机器人进行了演示。他们的研究扩展了对微生物运动的认识,并为机器人工程设计提供了灵感。

该研究由城大生物医学工程系(BME)副教授沉亚静博士和生物医学科学系(BMS)助理教授史家海博士共同领导。他们的研究结果已发表在美国国家科学院院刊 (PNAS)的科学期刊上,题为“通过异构双螺旋实现不同粘度下的射线精子的自适应和高效推进”。

惊人的发现

他们的研究揭示了一种新的、奇特的射线精子运动模式,他们称之为“异质双螺旋(HDH)模型”。“这实际上是一个偶然的发现,”一直专注于开发不同生物疗法的施博士说。

这一切都始于该团队的另一项研究,即开发人工授精技术,用于养殖软骨鱼类,包括鲨鱼和鳐鱼,它们的骨骼全部或大部分由软骨组成。

软骨鱼可以用作“工厂”来生产针对疾病(包括 COVID-19)的抗体。因此,我们想开发人工授精技术,将它们用于高价值水产养殖。”

生物医学科学系(BMS)助理教授史家海博士

在这个过程中,当他们第一次在显微镜下观察到射线精子的独特结构和游动运动时,他们感到非常惊讶。他们发现,射线精子的头部呈长螺旋结构而不是圆形,并且在游泳时随着尾巴旋转。

该团队进一步研究了其推进机制,尤其是头部在运动中的确切作用。他们发现射线精子由异质螺旋部分组成:刚性螺旋头部和柔软尾部,它们通过“中间件”连接,为旋转运动提供能量。射线精子的头部不仅是遗传物质的“容器”,还与柔软的尾巴一起促进推进。

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