现在的小孩在上幼儿园之前就能在最新的科普绘本中学习到自己从何而来:精子和卵子结合变出一颗受精卵。却没想到精子怎么和卵子融合成为受精卵,一直都是个谜。
奥地利科学家的新研究提供了一条很有说服力的线索,表明脊椎动物的受精这个过程,不论是鱼类还是人类,都像是生物钥匙打开生物锁(比我们的指纹锁或虹膜识别都高级多了),不同物种之间的繁殖壁垒也由此建立。
研究小组发现,精子上的三种蛋白质结合形成一种生物钥匙,可以解锁卵子,使精子附着。他们的发现来自斑马鱼、小鼠和人类细胞的研究,表明这一过程在数百万年的进化过程中是如何持续的。研究结果于17日发表在《细胞》杂志上。
科学家们之前已经知道两种蛋白质,一种在精子表面,另一种在卵子膜上。维也纳分子病理学研究所的论文合著者安德拉·保利的实验室与国际学者合作,使用谷歌DeepMind的人工智能工具AlphaFold(DeepMind Technologies高级研究科学家约翰·乔普作为AlphaFold的第一作者和研发人员获得2024年诺贝尔化学奖),来帮助他们鉴定一种新的蛋白质,这种蛋白质允许精子和卵子之间的第一个分子连接。他们还展示了它在生物中的作用。
超级显微镜拍摄到的斑马鱼卵子受精过程中,黄色部分为标记的蛋白质
安德拉·保利说,以前的人工辅助生殖,都只是通过人工手段取出精子和卵子,保证它们是活的,然后让它们自己完成受精过程。科学家不知道在这个过程中,这些蛋白质是如何起作用,以使精子和卵子相互识别的。现在也才解锁“附着”这一步,科学家仍然不知道精子在“附着”后是如何“进入”卵子的,并希望下一步能够深入研究。
最终,这项工作可以帮助其他科学家更好地了解不孕症或开发新的节育方法,特别是为男性避孕药物提供了重要线索。明尼苏达大学遗传学和细胞生物学专家大卫·格林斯坦没有参与这项研究,他说最新的研究“也突显了今年诺贝尔化学奖的重要性”。