文/陳根

當精子和卵子在輸卵管中相遇，經(jīng)歷受精過程形成受精卵后，預示著一個新生命開始啟程。近年來，隨著科技的進步，隱藏在生命早期的秘密逐漸被揭開。

近日，來自美國西北大學和密歇根州立大學的研究人員表示，在熒光顯微鏡下，當精子遇到卵子的時候，百億個鋅離子在相連接的細胞表面會碰撞出“火花”。

這是因為哺乳動物的卵母細胞在受精過程中經(jīng)歷了鋅含量和定位的變化，導致超過100億個鋅離子的快速胞吐，才形成了所謂的“鋅火花”現(xiàn)象。在這項研究中，研究人員選擇了非洲爪蛙（Xenopus laevis）作為實驗對象。

利用X射線熒光顯微鏡和電子顯微鏡等強大的成像技術，研究人員觀察到非洲爪蛙的卵子包含了一個類似的載鋅囊泡系統(tǒng)，但比哺乳動物卵子中的囊泡大。測量發(fā)現(xiàn)，這些囊泡中的鋅含量是卵子其余部分的10倍，一旦受精它們就會“爆炸”。

其實，這種壯觀的微觀景象早在10年前就已在小鼠中觀察到，并在2016年首次在人類卵子中觀察到。

當時，芝加哥西北大學的研究人員發(fā)現(xiàn)，當精子和卵子結(jié)合成受精卵時會爆發(fā)出一道微小的明亮閃光，并且這道閃光的大小可以用來確定受精卵的質(zhì)量，幫助醫(yī)生在體外受精過程中選擇最好的卵子進行受精。

更令人驚訝的是，除了鋅以外，非洲爪蟾的卵子還釋放了錳。在動態(tài)鈣波的協(xié)助下發(fā)現(xiàn)，鋅的排泄常常伴隨著細胞內(nèi)錳的丟失。同步加速器x射線熒光和分析電子顯微鏡顯示，鋅和錳被隔離在皮質(zhì)顆粒系統(tǒng)以及動物中占比十分可觀。

通過電子核雙共振研究，研究人員排除了完整雞蛋中Mn2+與磷酸鹽或氮配體的配位，但數(shù)據(jù)與羧酸配位環(huán)境一致。這就說明，鋅和錳通量是脊椎動物受精的一個保守特征，它們是多精子的生理阻斷的一部分。

隨后，研究人員在小鼠實驗中發(fā)現(xiàn)，鋅的波動存在多種作用。首先，它可以將卵子的細胞周期從減數(shù)分裂切換到有絲分裂，使卵子開始發(fā)育成胚胎。其次，鋅還會產(chǎn)生一種必要的障礙，以阻止其他精子的加入。錳也是如此，這兩種元素在卵子周圍都會抑制受精。

該研究在一定程度上可以說明，化學反應在哺乳動物和兩棲動物的進化上是保守的。未來，其有助于我們了解膳食鋅含量與人類生育能力之間的相互作用。