嘆為觀止:精子和卵子竟然真的可以擦出火花

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至少在螢光顯微鏡下,新的生命實際上是在火花中誕生的。當精子接觸卵子的那一刻,數十億的鋅原子在細胞表面上被點燃。

這場壯觀的微型煙火秀,早在2016年就在人類受精過程中被首次記錄到。

“了不起。”來自西北大學的醫學研究員Teresa Woodruff當時說,”我們五年前才在小鼠生殖細胞上發現了鋅火花,而看到人類卵子中迸發出來的鋅火之星,令人嘆為觀止。”(Teresa Woodruff現在在密西根州立大學工作)

現在研究人員又發現,這種受孕時的化學反應可能是脊椎動物的保守特徵。

除了人類和小鼠,在獼猴和牛的受精卵中也觀察到火花。而一項新的研究剛剛在非洲爪蛙(Xenopus laevis)中也見證到了原子級的煙火,意味著這一現象至少與3億年前青蛙和哺乳動物祖先分道揚鑣時一樣古老。

當鋅元素爆發的時候,它在反應中與分子標籤結合,使它們在螢光顯微鏡下發出熾熱的閃光。

西北大學生物化學家John Seeler和同事選擇研究非洲爪蛙,因為它們卵子的大小和豐富程度非常適宜。

“青蛙Xenopus的卵子直徑是小鼠的15倍,可以更深入地研究鋅原子流的動態變化。」

利用X射線螢光顯微鏡和電子顯微鏡等強大的成像技術,這一跨學科團隊能夠看到蛙卵是如何沿著其表面將鋅儲存在微觀孔中的。他們測量到,這些存儲泡的鋅含量是卵子其他部分的10倍——準備在受精時爆炸。

研究人員還檢測到卵子同時還釋放了大量的錳,這在其他任何動物中都沒有見過。他們現在希望能重新審查小鼠卵子的錳含量。

“我們經常認為基因是關鍵的調節因素,但是工作表明,像鋅和錳這樣的原子對受精後的第一步發育至關重要,”Woodruff談到這項新研究時說。

對小鼠的研究表明,鋅有幾個作用。它將卵子中的細胞周期從減數分裂切換到有絲分裂。這使卵子能夠開始發育成胚胎。

鋅還創造了一個生理上的障礙,阻止其他精子加入。錳似乎也是如此,因為Seeler團隊表明這兩種元素在卵子周圍都會抑制受精。

鋅火花的大小也揭示了所產生的胚胎的質量,這是體外受精(IVF)技術非常有用的指標。

密西根州立大學分子生物學家Thomas O’Halloran說:”這項工作可能有助於我們了解飲食中鋅和人類生育能力的相互作用。我們發現的是一種新出現的東西,即過渡金屬被細胞用來實現生物體生命中的最初功能。」

他們的研究發表在《自然-化學》上。

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