陈根：精子和卵子相遇，会擦出“火花”？

文/陈根

当精子和卵子在输卵管中相遇，经历受精过程形成受精卵后，预示着一个新生命开始启程。近年来，随着科技的进步，隐藏在生命早期的秘密逐渐被揭开。

近日，来自美国西北大学和密歇根州立大学的研究人员表示，在荧光显微镜下，当精子遇到卵子的时候，百亿个锌离子在相连接的细胞表面会碰撞出“火花”。

这是因为哺乳动物的卵母细胞在受精过程中经历了锌含量和定位的变化，导致超过100亿个锌离子的快速胞吐，才形成了所谓的“锌火花”现象。在这项研究中，研究人员选择了非洲爪蛙（Xenopus laevis）作为实验对象。

利用X射线荧光显微镜和电子显微镜等强大的成像技术，研究人员观察到非洲爪蛙的卵子包含了一个类似的载锌囊泡系统，但比哺乳动物卵子中的囊泡大。测量发现，这些囊泡中的锌含量是卵子其余部分的10倍，一旦受精它们就会“爆炸”。

其实，这种壮观的微观景象早在10年前就已在小鼠中观察到，并在2016年首次在人类卵子中观察到。

当时，芝加哥西北大学的研究人员发现，当精子和卵子结合成受精卵时会爆发出一道微小的明亮闪光，并且这道闪光的大小可以用来确定受精卵的质量，帮助医生在体外受精过程中选择最好的卵子进行受精。

更令人惊讶的是，除了锌以外，非洲爪蟾的卵子还释放了锰。在动态钙波的协助下发现，锌的排泄常常伴随着细胞内锰的丢失。同步加速器x射线荧光和分析电子显微镜显示，锌和锰被隔离在皮质颗粒系统以及动物中占比十分可观。

通过电子核双共振研究，研究人员排除了完整鸡蛋中Mn2+与磷酸盐或氮配体的配位，但数据与羧酸配位环境一致。这就说明，锌和锰通量是脊椎动物受精的一个保守特征，它们是多精子的生理阻断的一部分。

随后，研究人员在小鼠实验中发现，锌的波动存在多种作用。首先，它可以将卵子的细胞周期从减数分裂切换到有丝分裂，使卵子开始发育成胚胎。其次，锌还会产生一种必要的障碍，以阻止其他精子的加入。锰也是如此，这两种元素在卵子周围都会抑制受精。

该研究在一定程度上可以说明，化学反应在哺乳动物和两栖动物的进化上是保守的。未来，其有助于我们了解膳食锌含量与人类生育能力之间的相互作用。