关注风云之声 提升思维层次 导读 每个脊椎动物生命的开始时，都会经历一场令人惊艳的＂锌焰火＂。 受精完成几分钟内，数十亿个锌离子会从受精卵喷出，产生＂火花＂。图片来源：西北大学 10年前，美国西北大学的科学家发现了一个神奇的现象，在生命的起点——一个精子和一个卵子在融合后，会激发一场由数十亿个离子参与的＂锌焰火＂。在惊叹于美丽的现象之时，他们想要进一步了解这个现象会出现在哪些生物中。 撰文 | 赵冰莹、石云雷 审校 | 吴非 显微镜下的火花 对于很多生物而言，新生命诞生于一个精子和一个卵子的成功相遇和结合的过程。一直以来，人类都对受精这个神奇、残酷的生物学过程充满了好奇心。此前，我们已经了解当人类的卵子和精子融合后，会触发整个细胞的细胞膜发生改变，阻止其他精子的进入。这个融合过程标志着一个新生命开始发育。 近年来，一些科学家开始注意到在脊椎动物的受精卵形成时，会出现一种极其特别的现象—— 数十亿个锌离子会＂点燃＂精子和卵子融合的细胞膜 。2011年，任职于西北大学的研究人员Teresa Woodruff和同事通过化学和物理探针，首次发现小鼠的卵子在成熟过程中会吸收近20亿个锌离子，并将它们 存储在卵子透明带的囊泡 （也称为皮层颗粒）中。而在受精卵形成时，这些锌离子会向外喷射，触发一场令人惊艳的＂锌焰火＂。 Woodruff等人首次在哺乳动物（小鼠）受精过程中观察到大量锌离子被喷出的现象。图片来源：西北大学 5年后，他们通过更先进的检测和显微镜成像技术，在体外的人类受精过程也观察到了这一现象，这也是首次发现在人类受精过程中存在这一现象。Woodruff表示，他们看到每一个人类受精卵在形成时都产生了＂锌焰火＂，这令他们感到非常惊讶。通过这些研究，他们开始考虑一个问题——哪些生物在诞生时，会经历这样一场＂锌焰火＂？ 一场原始的＂焰火＂ 时间又过了5年，这次Woodruff和密歇根州立大学的科学家Tom O’Halloran等人合作，想要了解在较为原始的两栖动物中是否也存在这个现象。他们研究了一种较为原始的蛙类——非洲爪蟾（ Xenopus laevis ）。这种蛙广泛分布于撒哈拉以南非洲地区，具有较为典型的外形特征。它们的后肢发达、有发达的蹼，前肢纤细无蹼，＂ Xenopus ＂ 在拉丁语中意为＂特殊的脚＂，而＂ laevis ＂意为＂光滑的＂，指它们的表面光滑。 非洲爪蟾 图片来源：维基百科 非洲爪蟾还有另一个优点，它们的卵和胚胎的个头较大 ， 其卵子是小鼠的15倍，直径可达1.4毫米 ，因此十分便于观察，经常用于胚胎学研究。在最新研究中，研究人员利用高灵敏度X射线荧光显微镜等成像技术，观察了非洲爪蟾的卵子如何在其透明带的囊泡中存储大量锌离子，并确定了在受精前后，这些金属离子的特性、浓度和在细胞内的分布。 他们获得了与之前实验类似的结论。非洲爪蟾卵子表面透明带的皮层颗粒会储存高浓度的金属离子，其中的 锌离子浓度（约有100亿个）是其他区域的10倍 。此外，这些皮层颗粒里还含有大量的 锰离子 （目前只在蛙类中观察到）， 约为卵子其他区域的30多倍 。这些金属离子在精子进入卵子的几分钟内，会被全部释放出来。 在这一过程中，皮层颗粒中其他分子和酶也会被释放出来，改变透明带的性质，阻止其他精子进入。锰离子被释放后，会与受精卵周围的精子发生碰撞，阻止它们进入透明带，以保证受精成功。对于二倍体生物来说，当有多个精子进入一个卵子时，过量的染色体会带来毁灭性的结果——受精卵死亡。卵子透明带中的皮层颗粒，正是为了避免一个新生命在发育的起点就遭遇失败，通过释放多种分子和金属离子，阻止多个精子进入同一个卵子，推动一个新的受精卵向前发育。 这项新发现表明，两栖动物在受精时，和人类、小鼠等多种动物一样，存在相同的＂火花四溅＂的过程。这也意味着， 这个受精过程的演化根源至少可以追溯到3亿年前 ，即蛙类和人类的最后共同祖先生存的年代。 ＂焰火＂的意义 此前，研究人员曾发现当精子进入卵子后，会触发一些过程来激活卵细胞，推动受精卵发育。例如，从精子进入卵子的位点开始，受精卵内的钙离子会反复升高，这个过程也称为＂钙离子振荡＂，能激活卵细胞。与此同时，锌离子也会开始从皮层颗粒中释放出来。受精几分钟后，随着这个结合的细胞内各个区域的钙离子浓度波动，数十亿个锌离子也会围绕整个细胞爆发出一场＂焰火＂。 人类的卵子在体外受精时，产生的＂火花＂现象。图片来源：西北大学 Woodruff和O’Halloran发现，这场＂锌焰火＂对受精后两小时内胚胎的发育至关重要。在受精前的卵细胞内， 高浓度的锌离子会激活细胞静止因子 （cytostatic factor，CSF）—— EMI2 ，以维持成熟的、未受精的卵细胞的活性。只有当锌离子被排出、浓度降低后，EMI2才会失活，而这个过程会激活受精卵，使其 从减数分裂后的状态中脱离，进入有丝分裂 ，继续后续的生长和分类过程。这种情况普遍存在于哺乳动物中。与此同时，焰火的激烈程度与胚胎后续的发育密切相关，可用于预测胚胎的质量和发育情况。 他们认为，这一发现对于改进体外受精技术有着重大意义。目前，我们还没有能够在受孕前评估卵子质量的工具，但这个发现提供了一种易于实现的非侵入式受精卵筛选方法。Woodruff表示：＂通过观察受精卵形成时＂锌焰火＂的大小，我们就能立即知道哪些受精卵更适合后续的人工授精。这为我们提供了一种评估受精卵质量的新方法。＂ 通过这样的方式，我们可以挑选最适合受孕的卵子，减少在体外受精过程中需要移植的胚胎数量，避免造成伤害。除此之外，该研究还可以帮助我们了解金属如何影响人类的早期发育。O＂Halloran说：＂这项工作可能有助于了解膳食锌对人类生育能力的影响。＂ 虽然生命来源于不同元素的有机结合，但在生命起始之时，这个无机过程似乎在说明，生命的生长、发育和活动，来源于有机和无机的结合。 封面图：Pixabay 参考链接： https://www.sciencealert.com/the-biological-fireworks-sparked-by-fertilization-are-at-least-300-million-years-old https://www.sciencealert.com/world-first-images-reveal-sparks-literally-fly-when-an-egg-meets-sperm https://www.sciencealert.com/scientists-just-captured-the-actual-flash-of-light-that-sparks-when-sperm-meets-an-egg https://phys.org/news/2014-12-stunning-zinc-fireworks-egg-sperm.html https://news.northwestern.edu/stories/2016/04/radiant-zinc-fireworks-reveal-quality-of-human-egg https://www.sciencedaily.com/releases/2016/04/160426091734.htm https://www.nature.com/articles/srep24737 https://www.nature.com/articles/nchem.2133 https://www.nature.com/articles/s41557-021-00705-2 扩展阅读： 全世界最硬的玻璃，被中国科学家造出来了 | 环球科学 记住冷湖，这里有欧亚大陆最澄澈的星空，以及中国天文学的未来 | 环球科学 你吃平菇，平菇吃肉 | 环球科学 机智号，起飞！| 环球科学 背景简介： 文章2021年9月4日发表于微信公众号 环球科学 （没有这一场＂焰火＂，你可能不会存在），风云之声获授权转载。
英仙座流星雨来袭，自称来自2714年的穿越者警告外星人将登陆地球英仙座流星雨和象限仪座流星雨双子座流星雨并称为北半球三大流星雨。流量大，是这三场流星雨共同的特征。作为北半球三大流星雨之一，英仙座流星雨的母天体是一颗彗星，其流量大且稳定，其活跃期流浪行星，那些星际孤儿的透镜追踪以下根据高山书院和荔枝播客联合制作播出的播客栏目科学相对论节选整理而成，经老师审核后公开发布。点击文末阅读原文，了解更多。什么是流浪行星William您研究的流浪行星，让我不禁联想北极出现僵尸大火，寒冬时居然会冬眠，天气变暖重新蔓延随着全球气候变暖问题的日益加剧，地球两极的温度升高幅度，要比其它区域强烈得多，大量冰川融化，致使海平面上升，处在北极圈附近的永远冻土也开始出现毁灭性的融化，不但出现区域性的地层塌陷乌贼和水熊虫要上空间站国际空间站新一批补给定于6月3日搭乘飞船升空。届时，5000只水熊虫和128只乌贼幼体将搭车前往太空，用于开展科学研究。据美国有线电视新闻网5月26日报道，研究人员将探索水熊虫如何环球科学要闻全球首次，将把微生物土壤送至国际空间站外版权归原作者所有，如有侵权，请联系我们微生物学全球首次，宇航员将把微生物土壤送至国际空间站外图片来源Pixabay据俄罗斯卫星通讯社，俄罗斯科学院生物医学问题研究所的高级研究员谢尔NASA好奇号在火星上捕捉到罕见的云层景象据外媒报道，一张在火星悬崖峭壁上空形成的云层的戏剧性照片揭示了关于这颗红色星球的一个意想不到的细节，好奇号探测器帮助回答了一个两年前的谜题。美国宇航局（NASA）喷气推进实验室（J科学探秘，如果太阳系其它行星代替月球，世界会怎样？试想某一天，如果太阳系其它行星代替了月球的位置。对你来说，这一定是一种十分难忘的体验。地球看起来就好像外星球一样。那么，太阳系其它行星代替月球会是什么样子？冥王星冥王星已经被降级为俄媒聚焦俄与中欧探索太空国际合作至关重要中新网5月28日电近年来，全球出现了越来越多的国际太空项目。俄罗斯卫星网26日刊登署名文章，详细介绍俄罗斯与中国欧洲合作探索太空的相关情况，文章指出，俄罗斯将与中国建立月球基地，还陨石坑冲击波层流里金属氢聚合的二氧化硅与金属离子衍生硅酸盐目前，由于地质变化的动力不够明确，地质学长期处于叙述层面。金属氢事实上，小行星撞击是地质变化的动力，岩石与矿物主要是陨石坑冲击波层流里高速流动的物质转化的金属氢聚合形成的。陨坑玻璃最新研究再添新证据木卫二地下海洋中，或可能存在外星生命木星的卫星木卫二欧罗巴（Europa），是太阳系一颗引人注目的天体，这主要是因为其厚厚的冰层之下，可能存在着一个全球性的水量丰沛的液态海洋，由于水是生命之源，因此，木卫二欧罗巴存在致敬！嫦娥之父欧阳自远院士曾因任务成功兴奋摔倒进ICU，有颗行星因他命名本报讯5月15日，天问一号携祝融号火星车成功在火星乌托邦平原南部着陆，标志着我国首次火星探测任务着陆火星取得圆满成功。26日晚，有嫦娥之父之称的欧阳自远院士，在直播中透露，天问一号