至少在熒光顯微鏡下，新的生命實際上是在火花中誕生的。當(dāng)精子接觸卵子的那一刻，數(shù)十億的鋅原子在細(xì)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(xué)的醫(yī)學(xué)研究員Teresa Woodruff當(dāng)時說，"我們五年前才在小鼠生殖細(xì)胞上發(fā)現(xiàn)了鋅火花，而看到人類卵子中迸發(fā)出來的鋅火之星，令人嘆為觀止。" (Teresa Woodruff現(xiàn)在在密歇根州立大學(xué)工作)

Detailed explosion of zinc sparks at fertilization in a human egg. (Northwestern University)

現(xiàn)在研究人員又發(fā)現(xiàn)，這種受孕時的化學(xué)反應(yīng)可能是脊椎動物的保守特征。

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(xiàn)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(dāng)鋅元素爆發(fā)的時候，它在反應(yīng)中與分子標(biāo)簽結(jié)合，使它們在熒光顯微鏡下發(fā)出熾熱的閃光。

西北大學(xué)生物化學(xué)家John Seeler和同事選擇研究非洲爪蛙，因為它們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(tài)變化?！?/p>

利用X射線熒光顯微鏡和電子顯微鏡等強大的成像技術(shù)，這一跨學(xué)科團(tuán)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(zhǔn)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(xiàn)在希望能重新審查小鼠卵子的錳含量。

"我們經(jīng)常認(rèn)為基因是關(guān)鍵的調(diào)節(jié)因素，但是工作表明，像鋅和錳這樣的原子對受精后的第一步發(fā)育至關(guān)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(xì)胞周期從減數(shù)分裂切換到有絲分裂。這使卵子能夠開始發(fā)育成胚胎。

鋅還創(chuàng)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(tuán)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(chǎn)生的胚胎的質(zhì)量，這是體外受精(IVF)技術(shù)非常有用的指標(biāo)。

密歇根州立大學(xué)分子生物學(xué)家Thomas O'Halloran說："這項工作可能有助于我們了解飲食中鋅和人類生育能力的相互作用。我們發(fā)現(xiàn)的是一種新出現(xiàn)的東西，即過渡金屬被細(xì)胞用來實現(xiàn)生物體生命中的最初功能?！?/p>

他們的研究發(fā)表在《自然-化學(xué)》上。