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叹为观止:精子和卵子竟然真的可以擦出火花

在荧光显微镜下,新的生命实际上是在火花中诞生的。当精子接触卵子的那一刻,数十亿的锌原子在细胞表面上被点燃。

至少在荧光显微镜下,新的生命实际上是在火花中诞生的。当精子接触卵子的那一刻,数十亿的锌原子在细胞表面上被点燃。

这场壮观的微型烟火秀,早在2016年就在人类受精过程中被首次记录到。

"了不起。"来自西北大学的医学研究员Teresa Woodruff当时说,"我们五年前才在小鼠生殖细胞上发现了锌火花,而看到人类卵子中迸发出来的锌火之星,令人叹为观止。"(Teresa Woodruff现在在密歇根州立大学工作)

现在研究人员又发现,这种受孕时的化学反应可能是脊椎动物的保守特征。

除了人类和小鼠,在猕猴和牛的受精卵中也观察到火花。而一项新的研究刚刚在非洲爪蛙(Xenopus laevis)中也见证到了原子级的烟火,意味着这一现象至少与3亿年前青蛙和哺乳动物祖先分道扬镳时一样古老。

当锌元素爆发的时候,它在反应中与分子标签结合,使它们在荧光显微镜下发出炽热的闪光。

西北大学生物化学家John Seeler和同事选择研究非洲爪蛙,因为它们卵子的大小和丰富程度非常适宜。

"青蛙Xenopus的卵子直径是小鼠的15倍,可以更深入地研究锌原子流的动态变化。”

利用X射线荧光显微镜和电子显微镜等强大的成像技术,这一跨学科团队能够看到蛙卵是如何沿着其表面将锌储存在微观孔中的。他们测量到,这些存储泡的锌含量是卵子其他部分的10倍——准备在受精时爆炸。

研究人员还检测到卵子同时还释放了大量的锰,这在其他任何动物中都没有见过。他们现在希望能重新审查小鼠卵子的锰含量。

"我们经常认为基因是关键的调节因素,但是工作表明,像锌和锰这样的原子对受精后的第一步发育至关重要,"Woodruff谈到这项新研究时说。

对小鼠的研究表明,锌有几个作用。它将卵子中的细胞周期从减数分裂切换到有丝分裂。这使卵子能够开始发育成胚胎。

锌还创造了一个生理上的障碍,阻止其他精子加入。锰似乎也是如此,因为Seeler团队表明这两种元素在卵子周围都会抑制受精。

锌火花的大小也揭示了所产生的胚胎的质量,这是体外受精(IVF)技术非常有用的指标。

密歇根州立大学分子生物学家Thomas O'Halloran说:"这项工作可能有助于我们了解饮食中锌和人类生育能力的相互作用。我们发现的是一种新出现的东西,即过渡金属被细胞用来实现生物体生命中的最初功能。”

他们的研究发表在《自然-化学》上。

责任编辑: 李韵   来源:生物探索 转载请注明作者、出处並保持完整。

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