文/陳根

當精子和卵子在輸卵管中相遇，經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，但比哺乳動物卵子中的囊泡大。測量發現，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現，當精子和卵子結合成受精卵時會爆發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量，幫助醫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。在動態鈣波的協助下發現，鋅的排泄常常伴隨著細胞內錳的丟失。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顆粒系統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，但數據與羧酸配位環境一致。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現，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分裂切換到有絲分裂，使卵子開始發育成胚胎。其次，鋅還會產生一種必要的障礙，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。