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学术动态

实验室毕业生杨靖关于“精子在子宫中运动的二维数学模型研究”获得菠萝科学奖数学奖

2018年05月18日 12:27  点击:[]

       近日,果壳网发布2018年菠萝科学奖数学奖,我实验室主任郭烈锦教授的硕士毕业生、巴黎高等师范学院杨靖团队对精子在子宫中运动的二维数学模型研究获奖,嘉奖其团队对人类精准受孕的量化努力。

 

       精子在子宫中找寻卵子是动物繁殖过程中最严格的选择过程之一。人类的子宫类似于一颗倒置的梨,约5厘米宽,7.5厘米长。在子宫的两侧各有两个约0.3毫米宽的开口,连接着一对输卵管,母方的卵子会随机出现在其中一条输卵管的某个位置。要想从父方的几亿个精子中脱颖而出成功遇到卵子,就需要在黑暗的子宫中迅速进入输卵管与卵子结合。

 

 

人类子宫和输卵管开口的二维模型

 

       虽然有许多科学家在内窥镜中观察过精子的运动探索受精过程,但由于探测的范围只有几微米,至今仍不清楚精子在茫茫子宫中到底是如何找到卵子。为了详细揭示相关机理,我实验室早期毕业生、巴黎高等师范博士后杨靖决定从理论上开展研究,其借鉴多相流颗粒碰撞数学理论,建立了精子在子宫中运动的二维数学模型。杨靖假设,精子的运动轨迹类似桌上的弹珠或者台球的轨迹。如果没有撞到边界,精子就会以大约每秒75微米的速度沿着一条直线游动。如果撞到边界,精子就会随机地以一个角度反弹出来,然后继续沿着一条直线游动。

 

 

人类子宫和输卵管开口的二维模型

 

       经过大量公式推导和数值模拟,杨靖发现,在人类母亲子宫的二维模型中,精子进入有卵子的输卵管的平均时间大约是17个小时,研究结果与先前的实验数据基本一致。并且研究发现,子宫的形状会严重影响精子逃生的平均时间。在狭长的子宫或者扁平的子宫中,精子逃生的平均时间比较短。在圆形的子宫中,精子逃生的平均时间可能会延长好几倍。原文链接:https://link.springer.com/article/10.1007/s00285-015-0955-3

 

 

子宫的长宽比ρ和精子平均逃生时间<τ>的关系。

       精子寻找卵子的过程在动物的繁衍中扮演着重要的进化意义。有数据显示,在过去的40年中,西方男子的精子数量一直在下降。有证据显示,精子浓度下降到25%时,就可能导致不孕不育症。因此,研究精子寻找卵子的数学理论有重要的现实意义。

 

       杨靖,1970年生,2003年7月毕业于西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室,2012年1月于康涅狄格大学健康研究中心获得博士学位。主要从事生物医学中细菌、微生物、细胞等生物流体的非线性动力学研究。以第一作者在Physical Review Letters等世界顶级期刊发表论文多篇。

 

 

      菠萝科学奖是由浙江省科协支持,浙江省科技馆与科技媒体果壳网合力打造的科学奖项,于2012年4月7日首次设立。菠萝科学奖以“向好奇心致敬”为口号,奖励那些有想象力、有趣的科学研究成果,唤起人们对科学的好奇心和热情,被称为中国版的“搞笑诺贝尔奖”。


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