对于高等生物的有性生殖而言,精子与卵子的结合形成受精卵,标志着一个新生命的开始。这是一个十分神奇的过程,人类至今也没有完全参透其中的奥秘。
令人没想到的是,精卵结合时居然真的会闪光!美国西北大学的研究人员在观测动物和人类的卵细胞受精时发现,当卵细胞接受精子的那一刻会爆发出一道微小的明亮闪光。
那么精卵相遇瞬间为何会发出“生命之光”?人类又是如何拍摄到这一现象的?想要弄明白为什么受精时会发出一道光芒,首先需要来了解一下精卵结合的大致过程。
精子的奋斗历程
精子的诞生就是为了奋力游向卵细胞,抢先完成受精过程。在人类的一次受孕状态下,男性会排出2~3亿枚精子。数亿精子大军在进入女性阴道后,还要游走18厘米的漫长路程(就像一个170cm的人游动5千米的距离),才能来到卵子的位置。而且这一路上还会有各种各样的障碍,只有穿透重重防线,且足够幸运的精子才能与卵子相遇。
首先,在精子进入阴道时,就有一部分很快流出,或者死在了阴道的酸性环境中。而逃过了这一劫的精子,又会遇到宫颈粘液,它们中的数百万个将在试图穿透粘液的过程中败下阵来。这时,仅剩下的1%较优质的精子存活下来,继续闯关。
接下来,又将面临人体免疫细胞的追杀,女性人体的免疫细胞会把精子误当做外来入侵细胞,进行消灭。但是由于精子的数量庞大,只要达到一定的速度就能避免免疫细胞的“追杀”。在这一关中有大量精子被淘汰出局,只有少数精子才能幸存,进而游向输卵管。
女性有两根输卵管,每根输卵管的末端都有一个卵巢,卵细胞在卵巢中形成,成熟后进入输卵管。但每次只产生一枚卵子,就是说只有一根输卵管中有卵细胞存在,所以精子游向哪一边就成了世纪难题,向左还是向右?这就成了寻卵之旅很关键的一局。
不过,即使选择了正确路径,在输卵管中也有大量密密麻麻的纤毛“纠缠”大批精子,而最终能与卵子相遇的只剩下数百枚精子。
精卵结合过程
卵细胞外层包裹着一层放射冠和透明带,为了进入卵细胞,精子需要释放头顶部的酶来溶解透明带。但是,依靠单个精子的力量是无法溶解透明带的,需要多枚精子齐心协力共同释放溶解酶才能成功溶解。而在透明带溶解的瞬间第一个冲进卵子的,才是最终的王者,获得与卵细胞结合的机会,受精卵也就形成了。
当第一个精子进入后,受精卵就会立即分泌一种化学物质,使自己的外壳迅速变硬,以将其他精子封锁在外。也就是卵子接受精子的那一刻,卵细胞周围会迸发出一阵闪光,似乎在庆祝新生命的诞生。
为何受精那一刻会有闪光?
2011年,美国西北大学的一个研究团队发觉老鼠的卵细胞会在接受精子的瞬间爆发出光芒,在2014年时,他们首次拍到动物生殖细胞受精时刻发光现象的视频。到了2016年时,他们又在实验中,用精子酶,刺激卵细胞,模拟人类精卵结合的条件,并拍摄下人类精卵细胞受精过程中的“光辉”时刻。
那么是如何发出光亮的呢?
研究显示,卵细胞在发育过程中,会把大量的锌原子储存在卵细胞表面的囊泡之中。当精子进入卵子时,会产生刺激,致使内部的钙浓度增加,这一过程促进了卵子囊泡中数以十亿计的锌原子的释放,像烟花一样瞬间被点燃爆发出去,发出一阵闪耀的光亮。因为锌附着于发光的微粒上,这些发光的微粒能够被显微摄像机捕捉到。
如果把人类卵细胞比作一个星球,那么精子就是宇宙中一颗小行星,精卵结合过程就像是小行星冲撞星球,迸发出的闪光会照亮整个星球。
不过,这种光芒肉眼是无法看到的,只能是在实验室环境中,并借助X射线荧光显微镜和电子显微镜等强大的成像技术才能观察到。
此外,研究人员还发现,在实验中,各个卵细胞的发光程度都不一样,明亮度有强有弱。而锌在卵细胞中具有促进卵细胞发育、引导卵细胞受精的作用。发出的闪光越明亮,意味着卵细胞的锌含量越多,受精卵的质量越好,更有可能孕育出来一个健康的婴儿。当然,受精卵的质量也是受很多因素影响的,比如:精子和卵子本身的质量,母体的身体状况以及摄入的营养情况等等。
这道闪光的研究,对于人类未来的辅助生殖技术有着非常重大的帮助,可以给医生带来一种挑选优质卵细胞的方式。