卵子受精时产生的烟火

锌“焰火”穿过人类卵子(西北大学）

在荧光显微镜下，我们观察到新的生命产生时确实会产生火花。当精子接触卵子的那一刻，数十亿个锌原子在它们现在连接的表面上点燃。

这一壮观但微小的现象在2016年首次在人类受精中被观察到。

“这是非常了不起的，”当时西北大学的医学研究者特雷莎·伍德拉夫（Teresa Woodruff）说。五年前，我们在老鼠身上发现了锌的火花，但是看到锌从人类卵子中迸发出来的那一刻简直让人叹为观止。”（伍德拉夫现在在密歇根州立大学。）

现在研究人员发现，这种受孕时的化学反应可能是脊椎动物受精的一个保守特征。

除了在人类和小鼠体内（小家鼠），在受精的猕猴和牛卵中也观察到了这些锌烟火。一项新的研究也见证了非洲爪蟾体内的锌爆炸，这意味着这种现象至少和大约3亿年前青蛙和哺乳动物祖先分离进化方式时一样古老。

人类卵子受精的戏剧性瞬间(西北大学）

当锌在研究中的卵子上爆炸时，它与分子标记结合，在荧光显微镜下发出耀眼的光（如上图所示）。

西北大学的生物化学家约翰·西勒（ John Seeler）和他的同事选择观察非洲爪蟾身上的这些生化火花，因为它们的大小和数量都很丰富。

研究小组在论文中写道：“非洲爪蟾卵的直径是老鼠卵的15倍，可以对锌外流的动力学进行更深入的研究。”

利用X射线荧光显微镜和电子显微镜等强大的成像技术，这个跨学科的研究小组能够看到鸡蛋表面的微观储藏室里是如何储存锌的。他们测量发现，这些储存囊中的锌含量是卵子其余部分锌含量的10倍——在受精后随时可能爆炸。

研究人员还检测到青蛙卵中锰和锌的大量释放，这在其他任何动物身上都没有发现。他们现在希望检查老鼠体内的锰含量。

伍德拉夫在谈到这项新研究时说：“我们通常认为基因是关键的调控因子，但我们的研究表明，锌和锰等原子对受精后发育的第一步至关重要。”

人类卵子受精时的锌火花爆炸(西北大学）

对小鼠的研究表明，锌的波动有多种用途。它将卵子中的细胞周期从减数分裂（包括细胞分裂，导致性细胞只有半套染色体）转变为有丝分裂（产生全套染色体的细胞）。这使得卵子开始发育成胚胎。

锌还会造成生理障碍，阻止其他精子加入这场受精的派对。西勒和他的研究小组发现，这两种元素在卵子周围都会抑制受精，所以锰的作用似乎也是如此。

锌火花的大小也揭示了胚胎的质量，这是一个非常有用的体外受精（IVF）指标。

“这项工作有助于我们了解饮食中锌的状况和人类生育能力的相互作用，”密歇根州立大学分子生物学家托马斯·奥哈洛兰（Thomas O'Halloran）说。它支持了一个新兴的观点，即过渡金属被细胞用来调节生物体生命中最早的一些决定。”

他们的研究成果发表在《自然化学》上。

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作者/TESSA KOUMOUNDOUROS

译者/Lancelot

原文/www.sciencealert.com/the-biological-fireworks-sparked-by-fertilization-are-at-least-300-million-years-old

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