Προθερμαίνουμε τον φούρνο στους 160°C στον αέρα και αλευροβουτυρώνουμε μία φόρμα.

Στο μίξερ, χτυπάμε μαζί το βούτυρο και τη ζάχαρη μέχρι να αφρατέψει και να διαλυθεί τελείως η ζάχαρη.

Ρίχνουμε μέσα τα αβγά μας σταδιακά και προσεχτικά να μην πέσει μέσα στο μείγμα κάποιο τσόφλι. Αν θέλουμε τα ρίχνουμε πρώτα σε ένα μπόλ για να είμαστε σίγουροι. Τα ρίχνουμε ένα ένα τη φορά. Με μιά μαρίζ μαζεύουμε από τα τοιχώματα το βούτυρο και συνεχείζουμε το χτύπημα.

Ρίχνουμε μέσα τη βανίλια και το ξύσμα και ανακατεύουμε. Ρίχνουμε μέσα το αλεύρι λίγο ίσα ίσα να ανακατευτεί. Αφαιρούμε από το μίξερ και ανακατεύουμε με μία μαρίζ.

Ρίχνουμε το μισό μείγμα μέσα στη φόρμα καλύπτοντας τον πάτο καλά.

Βάζουμε 3 κ.σ. γάλα μέσα στο μπολάκι με το κακάο και ανακατεύουμε μέχρι να διαλυθεί και να ενσοματοθεί με το μισό μείγμα που έχουμε στο μπόλ. Ρίχνουμε το σοκολατένιο μείγμα πάνω απο το άσπρο μείγμα. Με ένα μαχαίρι ανακατεύουμε τα δύο μείγματα μέσα στην φόρμα και δημιουργούμε "νερά" μέσα στο κέικ.

Ψήνουμε στον φούρνο για 35-40 λεπτά. Αφήνουμε για 15 λεπτά να κρυώσει, το βγάζουμε από τη φόρμα και πασπαλίζουμε με άχνη!!!