Fuochi d’artificio durante la fecondazione: una magia chimica che ha 300 milioni di anni

Osservando la fecondazione dell’ovulo umano tramite la microscopia a fluorescenza ci si rende conto davvero di quanto la nascita di una nuova vita sia un evento straordinario. Nel momento esatto in cui lo sperma tocca l’uovo, si osservano infatti miliardi di atomi di zinco che si sprigionano dal contatto e l’unione delle superfici dello spermatozoo e dell’ovulo.

Fuochi d’artificio chimici durante la fecondazione

Si tratta di un fenomeno spettacolare e microscopico, osservato per la prima volta nella fecondazione umana nel 2016, ma che forse potrebbe avere origini molto antiche. La ricercatrice Teresa Woodruff della Northwestern University prima e ora alla Michigan State University, autrice della scoperta di cinque anni prima, ha definito questa nuova osservazione “notevole. Abbiamo scoperto la scintilla di zinco solo cinque anni fa nel topo e ora vedere lo zinco irradiarsi in un’esplosione da ogni uovo umano è stato mozzafiato”.

Il team di ricerca ritiene infatti che questa nuova caratteristica chimica della fecondazione, potrebbe essere una caratteristica conservata della fecondazione nei vertebrati. Il fenomeno è infatti stato osservati durante la fecondazione negli esseri umani, nei topi (Mus musculus), nelle uova fecondate di macaco e mucca (Bos taurus) e, come dimostra un nuovo studio, anche nella rana artigliata africana (Xenopus laevis). Questo significa che il fenomeno risale almeno a quando le rane e gli antenati dei mammiferi si separarono evolutivamente, circa 300 milioni di anni fa.

La ricerca sulle uova di rana ha aggiunto molto dettagli

Grazie alla loro dimensione e abbondanza, il biochimico della Northwestern University John Seeler ed i suoi colleghi, hanno scelto di esaminare nella rana artigliata africana questa esplosione chimica che si ha quando lo zinco esplode dall’uovo e si lega alle etichette molecolari in una reazione che le fa diventare fluorescenti in un lampo di luce sfolgorante al microscopio a fluorescenza.

Come spiegano infatti i ricercatori nel loro articolo, “il diametro delle uova di Xenopus è 15 volte maggiore di quello delle uova di topo, consentendo uno studio più approfondito della dinamica dell’efflusso di zinco”.

Utilizzando una potente tecnologia di imaging come la microscopia a fluorescenza a raggi X e la microscopia elettronica, il team è dunque stato in grado di osservare come le uova immagazzinavano lo zinco in microscopici compartimenti di stoccaggio lungo la sua superficie. In queste vescicole di stoccaggio vi è una concentrazione di zinco di 10 maggiore rispetto al resto dell’uovo, pronto ad esplodere in risposta alla fecondazione.

I ricercatori hanno anche rilevato un enorme rilascio di manganese insieme allo zinco nelle uova di rana, che non è stato visto in nessuno degli altri animali. Ora sperano di controllare i livelli di manganese nei topi.

Sia lo zinco che il manganese sono elementi fondamentali per lo sviluppo dell’embrione e per il successo della fecondazione ed i ricercatori hanno notato che la dimensione delle scintille di zinco rivela anche la qualità dell’embrione risultante, un indicatore incredibilmente utile per la fecondazione in vitro (FIV).

Ph. Credit: Northwestern University

Seeler, J.F., Sharma, A., Zaluzec, N.J. et al. Metal ion fluxes controlling amphibian fertilization. Nature Chemistry