Как може оплоденото пилешко яйце да устои на счупване отвън и в същото време да бъде достатъчно слабо, за да се счупи отвътре, когато се излюпват пилета? Според ново проучване, ръководено от изследователи от университета McGill, това се дължи на наноструктурата на яйчените черупки.
Констатациите, публикувани в Science Advances, могат да имат важни последици за безопасността на храните в селскостопанската индустрия.
Птиците са се възползвали от милиони години развитие, за да създадат перфектната черупка на яйцата, тънка, защитна биоминерализирана камера за растеж на ембриони, която съдържа всички хранителни вещества, необходими на младите да растат. Черупката, която не е твърде дебела, но не е твърде слаба, е устойчива на счупване, докато има време да се излюпи.
Но какво точно придава на птицата черупка тези уникални свойства?
За да разбере, изследователски екип на Марк Маккий от Стоматологичния факултет на Университета Макгил, заедно с група Ричард Хромик и други колеги, използва нови методи за подготовка на проби за разкриване на вътрешността на яйчените черупки, за да проучи тяхната молекулярна наноструктура и механични свойства .
„Яйцата обикновено са трудни за изучаване по традиционни начини, тъй като се чупят лесно, когато се опитваме да създадем тънки резени за образна електронна микроскопия“, казва МакКи, който е и професор в катедрата по анатомия и клетъчна биология в университета Макгил.
„Благодарение на новата фокусирана система за разделяне на йонни лъчи, наскоро придобита от Университета Макгил за неговия изследователски отдел за електронна микроскопия, успяхме да изрежем пробата точно и тънко и да видим вътрешността на черупката.“
Яйцата се произвеждат както от неорганични, така и от органични вещества, които са богати на калций минерали, богати на протеини. Допълнение Димитра Атанасиаду, първият автор на изследването, установи, че факторът, определящ силата на черупката, е наличието на наноструктуриран минерал, свързан с остеопонтин, яйчен протеин, който също се намира в композитни биологични материали като костите.
Кратък поглед върху биологията на яйцата
Резултатите също така дават преглед на биологията и развитието на пилешки ембриони в оплодени и инкубирани яйца. Яйцата са достатъчно твърди при снасяне и дори по време на пулпиране, за да ги предпазят от счупване. Тъй като пилето расте вътре в яйце, то се нуждае от калций за изграждане на костите. По време на инкубацията на яйцата, вътрешната част на мантията се разтваря, за да осигури запас от минерални йони, като в същото време отслабва черупката, така че да може да бъде счупена от малките. Използвайки атомно-силова микроскопия и електронно и рентгеново изображение, екипът на професор McKee установи, че тази бифункционална връзка е възможна поради кратките промени в наноструктурата на черупката, които се случват по време на инкубацията на яйцеклетките.
В паралелни експерименти изследователите успяха да пресъздадат наноструктура, подобна на тази, намерена в мантията, чрез добавяне на остеопонтин към минералните кристали, отглеждани в лабораторията. Професор McKee вярва, че по-доброто разбиране на ролята на протеините в калцификационни събития, които причиняват втвърдяване на яйцата и сила чрез биоминерализация, може да има важни последици за безопасността на храните.
„Около 10-20% от пилешките яйца се разпадат или се напукват, което увеличава риска от отравяне със салмонела“, казва Макки. "Разбирането на начина, по който минералните наноструктури допринасят за здравината на черупката, ще позволи избора на генетични признаци при кокошките носачки, за да се получат постоянно по-дебели яйца и да се увеличи безопасността на храните."