旋转游动：陀螺型旋转使精子游动在三维中规整为持续对称路径

精子调节其鞭毛对称性以在复杂的物理化学环境中导航并实现生殖功能。然而，尽管构成鞭毛引擎的若干组件具有内在不对称性，精子如何向前游动仍不清楚。尽管对称性或其缺失对精子导航及其生理状态至关重要，迄今为止尚无方法能够稳健地检测自由游动精子在三维中拍打的对称状态。对称的前进游动如何即使在不对称拍打时也会出现，以及如何在实验中推断拍打的（不）对称性？在此，我们在数值上解析了围绕不对称拍打精子游动的流体力学。这揭示了精子旋转关键地将游动规整为三维中持续对称的路径，使精子能够不顾拍打上的任何缺陷而向前游动。精子在三维中的取向（而非游动路径）可指示拍打的对称状态，从而无需追踪三维鞭毛。我们报告了精子运动与陀螺实验之间令人惊讶的对应关系，表明鞭毛在精子游动期间驱动“陀螺”型旋转，且这种类比并非仅仅是类比。这些结果可能在未来关于（不）对称性在旋转和游动微生物及微型机器人中作用的研究中被证明至关重要，因为身体取向检测相较于游动路径检测一直被极大忽视。总之，精子旋转可能为自然界提供了一种万无一失的前进推进与导航机制，否则对于具有破缺对称性的鞭毛是不可能的。