Zink-„Feuerwerk“ über menschlicher Eizelle. (Northwestern University) Zumindest unter dem Fluoreszenzmikroskop entsteht im wahrsten Sinne des Wortes neues Leben. In dem Moment, in dem das Sperma die Eizelle berührt, entzünden sich Milliarden von Zinkatomen auf ihren nun verbundenen Oberflächen.
Dieses spektakuläre, aber winzige Phänomen wurde erstmals 2016 bei der Befruchtung von Menschen beobachtet.
„Es war bemerkenswert“, sagte die medizinische Forscherin Teresa Woodruff von der Northwestern University. zu der Zeit . „Wir haben gerade den Zinkfunken entdeckt.“ vor fünf Jahren in der Maus „Und zu sehen, wie das Zink aus jedem menschlichen Ei stoßweise ausstrahlt, war atemberaubend.“ (Woodruff ist jetzt an der Michigan State University.)
Jetzt haben Forscher herausgefunden, dass diese Chemie der Empfängnis ein konserviertes Merkmal der Befruchtung bei Wirbeltieren oder Tieren mit Rückgrat sein könnte.
Der dramatische Befruchtungsblitz in menschlichen Eizellen. (Northwestern University)
Sowie bei Menschen und Mäusen ( Mausmuskel ) wurden diese Zinkfeuerwerkskörper in gedüngten Gewässern beobachtet Makaken und Kuh ( Bos Taurus ) Eier. Und eine neue Studie hat gerade diese Zinkexplosion beim Afrikanischen Krallenfrosch beobachtet ( Xenopus laevis ), was bedeutet, dass das Phänomen mindestens so alt ist wie vor etwa 300 Millionen Jahren, als sich die evolutionären Wege von Fröschen und Säugetiervorfahren trennten.
Wenn das Zink über ein untersuchtes Ei explodiert, bindet es sich in einer Reaktion an molekulare Markierungen, die diese unter einem Fluoreszenzmikroskop in einem grellen Lichtblitz fluoreszieren lassen (siehe oben).
Der nordwestliche Biochemiker John Seeler und seine Kollegen entschieden sich aufgrund ihrer Größe und Häufigkeit, diese biochemischen Funken beim Afrikanischen Krallenfrosch zu untersuchen.
'Der Durchmesser von Xenopus „Eier sind 15-mal so groß wie Mäuseeier, was eine tiefergehende Untersuchung der Dynamik des Zinkausflusses ermöglicht“, so das Team schrieb in ihrer Arbeit .
Ein Froschlaich. (Bryan Garnett Photography/Moment/Getty Images)
Mithilfe leistungsstarker Bildgebungstechnologien wie Röntgenfluoreszenzmikroskopie und Elektronenmikroskopie konnte das interdisziplinäre Team beobachten, wie die Eier Zink in mikroskopisch kleinen Lagerfächern entlang ihrer Oberfläche speicherten. Sie haben festgestellt, dass diese Speicherbläschen das Zehnfache an Zink enthalten, das im Rest der Eizelle vorkommt – und dass sie als Reaktion auf die Befruchtung explodieren können.
Die Forscher stellten außerdem fest, dass in den Froscheiern neben dem Zink auch Mangan in großen Mengen freigesetzt wurde, was bei keinem anderen Tier der Fall war. Sie hoffen nun, den Manganspiegel bei Mäusen überprüfen zu können.
„Wir betrachten Gene oft als zentrale Regulierungsfaktoren, aber unsere Arbeit hat gezeigt, dass Atome wie Zink und Mangan für die ersten Entwicklungsschritte nach der Befruchtung entscheidend sind.“ sagte Woodruff über die neue Studie.
Detaillierte Explosion von Zinkfunken bei der Befruchtung in einer menschlichen Eizelle. (Northwestern University)
Untersuchungen an Mäusen deuten darauf hin, dass das schwankende Zink mehreren Zwecken dient. Es ist hext den Zellzyklus im Ei von meiotisch – eine Zellteilung, die zu Geschlechtszellen mit nur einem halben Chromosomensatz führt – bis hin zu mitotisch – wobei Zellen mit einem vollständigen Chromosomensatz entstehen. Dadurch kann sich die Eizelle zu einem Embryo entwickeln.
Das Zink erzeugt auch eine physiologische Blockade um andere Spermien zu stoppen vom Beitritt zur Partei. Das Gleiche scheint auch für Mangan zu gelten, da Seeler und sein Team zeigten, dass beide Elemente die Befruchtung hemmen, wenn sie sich in der Nähe der Eizelle befinden.
Auch die Größe der Zinkfunken verrät die Qualität des resultierenden Embryos , ein unglaublich nützlicher Indikator für die In-vitro-Fertilisation (IVF).
„Diese Arbeit könnte dazu beitragen, unser Verständnis des Zusammenspiels des Zinkstatus in der Nahrung und der menschlichen Fruchtbarkeit zu verbessern.“ sagte Der Molekularbiologe Thomas O'Halloran von der Michigan State University. „[Es unterstützt] ein aufkommendes Bild, dass Übergangsmetalle von Zellen verwendet werden, um einige der frühesten Entscheidungen im Leben eines Organismus zu regulieren.“
Ihre Forschung wurde veröffentlicht in Naturchemie .