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人类卵子接受精子那一刻 会爆发出一阵巨大闪光

news.xixik.com   2021-7-22 13:07:53 资讯来源:嘻嘻网   字号控制:[ ]
核心提示:当人类卵细胞接受精子的那一刻,这个卵细胞周围真的会爆发出一阵耀眼的光芒,这个场景就像盛大的烟花一样,似乎在庆祝新生命的诞生。如果把卵细胞看作一个星球的话,这场盛大的烟火甚至比白垩纪小行星撞地球,毁灭所有恐龙的爆炸还强——这道闪光可以传遍整个“星球”。

在文学作品中,通常描述热恋中的男女激情四射并擦出爱的花火。然而,这种“火花”只能通过文字想象一下而已。但实际上,包括人类在内的许多动物中都存在这种“爱的火花”。

中国历史朝代表

日前,美国西北大学一个科研团队在观测卵细胞受精时,惊讶地发现,当人类卵细胞接受精子的那一刻,这个卵细胞周围真的会爆发出一阵耀眼的光芒,这个场景就像盛大的烟花一样,似乎在庆祝新生命的诞生。如果把卵细胞看作一个星球的话,这场盛大的烟火甚至比白垩纪小行星撞地球,毁灭所有恐龙的爆炸还强——这道闪光可以传遍整个“星球”。

锌烟火燃爆人类卵子/美国西北大学

研究显示,卵细胞在发育过程中,会把数10亿的锌原子储存在卵细胞表面的囊泡之中,占据了整个卵细胞锌含量的90%。一旦接受了精子,这些囊泡会像爆炸一样,瞬间把数10亿的锌原子喷发出去,伴随而来的是一阵耀眼的光芒——爱情的火花原来不是虚头巴脑诗中写的,而是真实存在的。当然了,这种光芒肉眼是看不到的,但借助X射线荧光显微镜和电子显微镜等强大的成像技术,研究人员能够观察到这种微观世界里令人叹为观止的盛大生命烟火。

人类卵细胞受精时爆炸性的闪光/美国西北大学

目前还不清楚造成这种现象的机理是什么,不过从哲学上说,倒是符合任何事情都不会随随便便成功这个真理。要知道从射精到受精成功,精子的历程说是千艰万难也一点不为过。

就拿你来到这个世界来说吧,首先在进入你妈妈身体的大约半茶匙精液里面,约有1~3亿个你的“兄弟姐妹”。你们从一进入就朝着唯一的目的地——卵细胞奋勇前进。不要以为这个路程很短,按体积比例放大的话,精子和卵细胞的距离就和地球到月球之间的距离一样遥远。虽然精子的数量有数亿个,但是在这么遥远的距离面前,考验“你们”的不仅仅是意志,更需要充沛的精力。超过一半的“兄弟姐妹”连1/3的路程没走完就倒下来了,根本就看不到你们那漂亮的“卵细胞”姐姐。

接下来,“你们”会遇到一个重大的挑战——白血球,即白细胞。白细胞是人体与疾病斗争的“卫士”。当病菌侵入人体体内时,白细胞能将病菌包围并且吞噬掉。浩浩荡荡的“你们”来到白细胞面前,应激反应下,它们的英勇斗志马上就会被激发出来——就算你们拿着“通行证”都没用——何况也没有吧。幸运的是,你们有一件很有力的武器——速度。精子游动的速度是大约每分钟2~3毫米,从体积来算,这种速度是相当惊人的。而且,你们还有数量庞大的队伍。有那么多兄弟部队在掩护,只要有足够运气,足够快的速度,白细胞是没办法把你们一一拦截下来的。

历经漫长的旅程和重重关卡,最终还会有数百个的精子会来到卵细胞姐姐面前,和当初出发时庞大军团相比,这个数量就微不足道了,幸好存下来的都是精英中的精英。

不过就算这样,想得到卵细胞姐姐的拥抱依然绝非易事。卵细胞外面是一层厚厚的透明带,精子们想突破防线,就必须用自己头顶的一种独特的酶来软化、溶解透明带。尽管可能会有数百个精子奋勇向前——毕竟能来到这里,谁都不甘心就此孤独地死去——但是如果有一个足够强大并且幸运的精子率先进到里面后,卵细胞马上就会发生生物反应,整个透明带会立刻硬化,如同关上大门一般把其他所有的精子都挡在外面。

也就在此一刻,储存在卵细胞表面的数10亿锌原子瞬间就会释放出来,爆发一场盛大的烟花汇演,历经千辛万苦,用一个独特的仪式来庆祝新生命的开始是值得的。

这项研究最早是2014年在老鼠受精卵的研究中发现,2016年又在人类卵细胞受精中观察到,后来还在猕猴和牛的受精卵中发现,最近则在非洲爪蟾的研究中发现,这意味着在两栖类和哺乳类中,甚至在三亿年前它们进化路上分道扬镳的祖先体内,就开始一次又一次,重复着这种生命诞生的惊天大爆炸。

锌烟火爆发时的详细情形/美国西北大学

所以你来到这个世上,实际开始于一场堪比巨大小行星撞地球的惊天大爆炸,是不是也太拉风了一些?每个人,不管贫穷还是富裕,聪明还是愚笨,奴隶还是伟人,在生命的最初时刻,都曾一样地“惊天动地”。

只是研究团队发现,“锌”烟花的大小和胚胎的受精质量有很大关系,所以这场惊天大爆炸中唯一不同的,只是爆炸的效果强弱,但这不是却你能左右的。那些打算孕育下一代的朋友们可能要注意了,从现在起,你们是不是应该考虑在膳食中多吃一些含锌的食品呢?

这项研究6月21日发表在《自然-化学》(《Nature Chemistry》)杂志上。

参考:

Nature Chemistry:Metal ion fluxes controlling amphibian fertilization

Nature Chemistry:Quantitative mapping of zinc fluxes in the mammalian egg reveals the origin of fertilization-induced zinc sparks

精子遇到卵子的那一刻,发生了什么?

一手策划精卵结合的幕后“月老”,到底是谁?

生命的传承,是一个永恒的话题。正所谓金风玉露一相逢,便胜却人间无数,精子和卵子在恰当的时间恰当的地点相遇,便点燃了生命的火种,把整个种群的接力棒延续下来。那么,精子和卵子又缘起何处?它们是怎样互相识别,共同构筑新生命的呢?

在2005年,日本的井上及其团队发现了一个在哺乳动物受精作用中起决定性作用的必需蛋白质,它贯穿于精子细胞膜表面,井上等把这个蛋白命名为“出云1”(Izumo1,得名于日本著名婚姻神殿出云大社)。但是在近十年间,在卵子中与出云1互相作用的蛋白质一直都没有被发现。

直到最近,英国剑桥大学桑格研究院的盖文·赖特(Gavin Wright)和艾瑞卡·比安奇(Enrica Bianchi)等终于在小鼠中找到了这个卵细胞膜蛋白,并把它命名为“朱诺”(Juno,得名于罗马神话的婚姻和母性之神),相关论文今天发表在最新一期的《自然》杂志上。

为何“朱诺”历经9年时间才终于千呼万唤始出来呢?论文的通讯作者赖特在接受果壳网采访时坦言,这个蛋白的寻找可谓困难重重。

论文的通讯作者盖文·赖特。

“首先,像这一类的位于细胞膜表面的识别蛋白,它们之间的互相作用通常是瞬时效应,作用时间不到1秒钟,很难被检测得到;另外,由于哺乳动物产卵量较少,卵细胞成为一个珍稀的研究材料,样本的不足使得相关的科学研究难上加难。”赖特对果壳网说。

针对这些问题,如何高效地在有限的样本中研究蛋白质间的互相作用,就成为关键所在。赖特通过把出云1绑定在一个软骨基质蛋白低聚复合体(COMP)上,突破性地把出云1和靶蛋白相结合的时间延长到几十分钟,从而成功地在卵母细胞cDNA文库中把朱诺筛选出来。

在谈到这个精妙到没朋友的设计时,赖特表示:“COMP是一个广谱的设计,它不但在本次实验中做出巨大贡献,也能帮助其他研究者们捕捉蛋白弱连接过程或是瞬时作用。我们之前已经有使用过这一方法找到了在红细胞表面上与疟原虫入侵过程相关的蛋白质。”

本次被发现的朱诺蛋白其实是叶酸受体家族的成员,但却并不具备与叶酸结合的能力,它的唯一配体就是出云1。比安奇等进一步设计了朱诺的抗体,在体外环境阻断了朱诺和出云1之间的作用,使得卵细胞无法受精;而缺失了朱诺的雌性小鼠也不具备生育能力。在这两种情况下,比安奇发现精子无法粘着在卵细胞上完成融合,而是只能在膜外游离。基于这些结果,研究者认定,Juno是受精过程中必不可少的一个核心蛋白。

那么朱诺和出云1的具体角色又是什么呢?比安奇在无法进行细胞融合的细胞中进行了朱诺和出云1的相互作用,发现这一作用并没有赋予这些细胞进行融合的能力,也就是说朱诺和出云1可能不参与精卵融合这一过程,而仅仅作为精子卵子互相识别的一次“初吻”。比安奇还发现,在精卵融合后30分钟,就已经几乎无法在卵细胞膜上监测到朱诺的存在。这一发现提示我们,朱诺很可能在完成其识别任务后功成身退,这也避免了卵细胞继续与其他精子结合,保证了一精配一卵的健康比例。

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a:受精过程中,单个精子结合到卵子的细胞膜上,精子细胞膜上的Izumo1与卵子细胞膜上的Juno发生结合。b:受精完成后,Juno不再出现在卵细胞膜上,因此杜绝了其他精子与卵子的结合与受精。图片来源:Paul M. Wassarman.(2014)Nature.

正如所有的重量级生物学发现一样,我们揭开了朱诺的神秘面纱,解决了一些问题,而创造了更多的机遇。关于未来的工作重心,赖特认为尝试在人类中应用这一发现,将是一个非常值得探索的方向。

“我们在小鼠中发现的朱诺是一个在哺乳动物中相对保守的蛋白,也就是说人类也拥有这样的机制。因此,我们将尝试把朱诺应用到人类身上,或是用朱诺进行不孕不育的治疗,或是用朱诺抗体来进行避孕,这些都将是重要的工作,并能够切实地对我们的生活造成影响,让我们拭目以待。”

PS:朱诺不是电影,出云不是游戏,科研不会停止,受精不可儿戏。

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