科学家用《星球大战》的创意展示了精子与卵子结合的过程

　　受孕过程是指精子与卵子相遇、受精，受精卵再经输卵管输送到子宫腔内这个过程。即输卵管壶腹部等待受精。卵子的存活时间约为24小时。当精子与卵子表面结合时，卵子的代谢速率迅速提高，并开始合成DNA。有关卵子激活的详细机理还不清楚，只知精子仅起到打开程序开关的作用。除了精子，一些其他非专一的化学的或物理的处理，也能使卵激活，例如针刺蛙卵，也能使之激动。激动的起始无需任何新蛋白质的合成。
　　
　　美国科学家用《星球大战》的创意制作了一个精子与卵子结合的科学视频
　　据媒体报道，人类生殖细胞的结合过程很难视觉化，但一群科学家利用《星球大战》的创意，制作了一段富有趣味性和知识性的视频，同时意外地揭示出一个新的发现。
　　这段时长3分钟的视频名为《人之初》（TheBeginning），是美国韦斯生物启发工程研究所创始人兼主管唐纳德因格贝尔（DonaldIngber）和同事查尔斯莱利（CharlesReilly）的作品，后者曾与“公园路后期制作公司”（ParkRoadPost）的电影导演彼得杰克逊（PeterJackson）合作过。
　　
　　
　　演绎精子和卵子的结合过程
　　“我觉得科学和公众之间存在巨大的鸿沟，因为在学校里，科学被描述为机械式的、需要死记硬背的东西，而就定义而言，如果你能记忆它，那它就不是科学，”因格贝尔在声明中说，“科学是对未知的追求。我们有责任与大众接触，向他们传达探索和发现的乐趣。幸运的是，电影工业已经在这方面做了很出色的工作。”
　　于是，通过科学与电影艺术的结合，因格贝尔和莱利将自然奥秘以一种全新的方式呈现在我们面前，他们甚至用全新的视角揭示了其中一个分子过程的假说。这段视频及相关的新发现发表在《ACS纳米》（ACSNano）期刊上。
　　视频中最引人注目的是对精子鞭毛轴丝（axoneme）的描绘。鞭毛轴丝是一个长管状结构，由9对微管以圆柱形包围1对微管组成，一直延伸到精子的整个尾部。
　　在视频中，因格贝尔和莱利选择了太空科幻电影《星球大战》的创意，大批摆动尾巴、奋力游向卵子的精子像极了飞向死星的X翼战机。这简直就是一场“精子大战”，数百万精子展开激烈竞争，角逐进入卵子的机会。
　　制作这样的科学视频，关键在于保持趣味性和科学性。精子尾巴的摆动模式十分复杂，需要建立从单个原子到细胞水平的多层生物学模型。打个比方，这就像一开始呈现的是帝国大厦的全貌，然后逐渐放大，最终看清维持这座建筑物稳定的单个螺栓。
　　“其实创造一个准确的生物模型，和用计算机在电影中描绘一个可信度高的生命是很相似的，你要不断地检查并修改你的虚拟作品，直到它与实际物体的外形和移动方式相符，”莱利说，“不过，从生物学角度，这些模拟还必须与已有的科学数据，以及此前已经被实验证实的理论模型吻合。”
　　为了制作这个视频，研究者将基于物理学的电影动画软件和分子动态模拟软件结合起来，还必须确保不同尺度上的运动准确无误。
　　在鞭毛轴丝内，一排排动力蛋白沿着微管同步移动，就像水手们同时划桨，最终使精子能够向前游动。
　　视频中最引人注目的是对精子鞭毛轴丝（axoneme）的描绘。鞭毛轴丝是一个长管状结构，由9对微管以圆柱形包围1对微管组成，一直延伸到精子的整个尾部。视频显示了鞭毛轴丝如何通过弯曲和拉伸为精子尾部提供动力。再更进一步观察，可以看到鞭毛轴丝具有被称为“动力蛋白”（dynein）的蛋白质。动力蛋白是一种马达蛋白，能将三磷酸腺苷（ATP）中高能磷酸键的化学能转化为机械能。在鞭毛轴丝内，一排排动力蛋白沿着微管同步移动，就像水手们同时划桨，最终使精子能够向前游动。
　　正是在这里，研究者发现了一个新的分子过程。在创作分子马达的三维动态模型时，研究者发现，当力量施加在动力蛋白分子的结合位置化学键断裂和能量释放的地方时，动力蛋白分子中一个特殊的铰链区域也会同步移动。此前科学家还从未观察到这一现象。
　　这段视频也再一次提醒我们，生物系统具有高度的机械水平，甚至可以一直细化到原子层次。这段视频发表在纳米技术期刊《ACS纳米》上并非偶然；或许在不久的将来，科学家就能在这一尺度上操纵甚至打造出分子机器。