试想，你和几亿个人被同时囚禁在了一个直径1千多米的铁罐子中，里面没有空气，没有光，只有水。在罐子的某个角落，只有一个小口子能通向外面。谁先找到那个小口子，谁就能逃出去。一旦有人成功逃生，出口就会被人封起来，剩下的人永远也不可能出去。更可怕的是，铁罐的形状一点儿也不规则，而且，每个人只能携带一个氧气瓶。

这个可怕的场景并不是来自科幻电影，而是我们每个人曾经“经历过”的一场竞赛。那个铁罐比喻的是母亲的子宫，我们每个人都曾经“是”数亿个精子选手中的一员，在母亲的子宫里努力寻找通向卵子的出口。精子找到卵子的那一刻，便是我们的生命开始的那一刻。

人类的子宫长得有点儿像一颗倒置的梨，大约5厘米宽，7.5厘米长。在子宫的两侧各有两个大约0.3毫米宽的开口，连接着一对输卵管，母亲的卵子会随机地出现在其中一条输卵管的某个地方。要想从父亲的几亿个精子中脱颖而出，逃出生天，你就得摸着黑迅速进入输卵管，找到那颗卵子。

虽然有许多科学家在内窥镜中观察过精子的运动，但人们都还不清楚，精子在茫茫子宫中到底是如何找到卵子的，因为内窥镜能探测的范围只有区区几微米。为了搞清楚这个问题，巴黎高等师范博士后杨靖和他的合作者从理论上开展研究，建立了一个精子在子宫中运动的二维数学模型。

杨靖假设，精子的运动轨迹有点儿像台球桌上的台球。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。

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，精子进入有卵子的那条输卵管的平均时间大约是17个小时，这跟先前的实验数据基本一致。并且，他们发现，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。

杨靖指出，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，西方男子的精子浓度一直在下降。在过去的40年中这个数据发生了腰斩。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着重要的现实意义。

为了嘉奖他们对人类精准投胎的量化努力，我们特别授予他们2018·菠萝科学奖数学奖。

作者：Sheldon

制作：Sheldon科学漫画工作室

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参考文献：

J. Yang, I. Kupka, Z. Schuss, D. Holcman, Search for a small egg by spermatozoa in restricted geometries, Journal of Mathematical Biology, Volume 73, Issue 2, pp 423–446 (2016).