技术:科学家用《星球大战》创意来演绎精子和卵子结合过程

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新浪科技于北京时间10月31日，据海外媒体宣传，人类生殖细胞的结合过程不太容易可视化，但一群科学家利用“星球大战”的创造性，制作了富有兴趣和知识的视频，意外地揭示了新发现。

这三分钟的录像被称为“人之初”( the beginning )，是美国韦斯生物启发工程研究所的创始人，唐纳德·因格贝尔( donald ingber )和同事查尔斯·莱利( charles reilly )的作品

“我认为科学和公众之间有很大的差距。 因为在学校，科学被描绘成需要机械地背诵的东西。 从定义上来说，如果能记住它就不是科学了。 “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喜悦。 幸运的是，电影工业已经在这方面做得很好。 ”。

因此，通过科学和电影艺术的结合，因贝尔和莱利以新的方法将自然神秘出现在我们面前，他们用新的视角揭示了分子过程的假设之一。 这个视频和相关的新发现发表在《acs纳米》( acs nano )杂志上。

在视频中，由于格贝尔和莱利选择了宇宙科幻电影《星球大战》的创意，摇着尾巴向卵子拼命游去的精子就像飞往死星的x翼战斗机。 简直是“精子战争”，数百万精子展开激烈竞争，给卵子开设角落的机会。

制作这样的科学录像，重要的是保持幽默性和科学性。 精子尾部的摆动模式非常多，复杂，需要建立从单一原子到细胞水平的多层生物学模型。 例如，这首先显示帝国大厦的全貌，慢慢放大，最终就像看到了维持这座建筑物稳定的单个螺栓。

“建立正确的生物模型与用电脑在电影中描绘可靠的生命非常相似。 在符合实际物体的形状和移动方法之前，必须不断检查和编辑虚拟作品。 ”莱利说。 但是，从生物学的角度来看，这些模拟必须与现有的科学数据和迄今为止实验证实的理论模型一致。

为了制作这个视频，必须结合基于物理学的电影动画软件和分子动态模拟软件，确保不同尺度下的动作正确。

动画中最引人注目的是精子鞭毛轴线( axoneme )的描写。 鞭毛轴线是长管状结构，9对微管由被圆柱状包围的1对微管组成，遍布精子的尾部整体。 视频展示了鞭毛轴线如何通过弯曲和伸张为精子尾部提供动力。 进一步了解到鞭毛轴线具有被称为“动力蛋白”( dynein )的蛋白质。 动力蛋白是一种马达蛋白，它把三磷酸腺苷( atp )中高能磷酸键的化学能转化为机械能。 在鞭毛轴线中，一列动力蛋白沿着微管同步移动，像水手们一样划桨，最终可以使精子向前移动。

在这里，研究者发现了新的分子过程。 建立分子马达的三维动态模型，发现当动力蛋白分子的结合位置化学键断裂和能量释放的地方受到力时，动力蛋白分子中的特殊铰链区域也同步移动。 从来没有科学家注意到这种现象。

这个视频还提醒我们生物系统具有高度的机械水平，可以细分到原子水平。 这部影片刊登在纳米技术期刊《acs纳米》上并非偶然。 也许在不久的将来，科学家可以用这个尺度操作和构建分子机器。