Як запліднене куряче яйце може протистояти розриву ззовні і в той же час бути досить слабким, щоб зламатися зсередини при виведенні курей? Згідно з новим дослідженням, проведеним дослідниками з Університету Макгілла, це пов'язано з наноструктурою яєчної шкаралупи.
Результати, опубліковані в Science Advances, можуть мати важливі наслідки для безпеки харчових продуктів в сільськогосподарській галузі.
Птахи отримали користь від мільйонів років розвитку, щоб створити ідеальну яєчну шкаралупу - тонку захисну біомінералізовану камеру росту ембріонів, яка містить усі поживні речовини, необхідні для росту молодняку. Шкаралупа, яка не надто товста, але не надто слабка, стійка до поломок, поки не з’явиться час для вилуплення.
Але що саме надає пташиній панцирі ці унікальні властивості?
Щоб з’ясувати це, дослідницька група Марка Маккі на стоматологічному факультеті Університету Макгілла разом із групою Річарда Хроміка та іншими колегами використовували нові методи для підготовки зразків для виявлення внутрішньої частини яєчної шкаралупи для вивчення їх молекулярної наноструктури та механічних властивостей.
"Яйця, як правило, важко вивчати традиційними способами, оскільки вони легко розбиваються, коли ми намагаємося створити тонкі зрізи для електронної мікроскопії", - говорить Маккі, який також є професором кафедри анатомії та клітинної біології Університету Макгілла.
"Завдяки новій системі розділення сфокусованих іонних пучків, яку нещодавно придбав Університет Макгілл для свого відділу досліджень електронної мікроскопії, нам вдалося точно і тонко вирізати зразок і оглянути внутрішню частину оболонки".
Яйця виготовляються як з неорганічної, так і з органічної речовини, яка є багатим кальцієм мінералом, багатим білками. Додаток Димитра Афанасіаду, перший автор дослідження, виявив, що фактором, що визначає міцність оболонки, є наявність наноструктурованого мінералу, пов'язаного з остеопонтином, яєчним білком, який також міститься в композитних біологічних матеріалах, таких як кістка.
Короткий огляд біології яєць
Результати також дають огляд біології та розвитку курячих ембріонів у запліднених та інкубованих яйцях. Яйця досить тверді при відкладанні і навіть під час м’якоті, щоб захистити їх від розбивання. Коли курка росте всередині яйця, їй потрібен кальцій для побудови кісток. Під час інкубації яєць внутрішня частина мантії розчиняється, забезпечуючи надходження мінеральних іонів, одночасно послаблюючи шкаралупу, щоб вона могла розбитися молодняком. Використовуючи атомно-силову мікроскопію та електронно-рентгенівські знімки, команда професора Маккі виявила, що цей біфункціональний взаємозв'язок можливий завдяки коротким змінам наноструктури оболонки, які відбуваються під час інкубації яєць.
Паралельно експериментуючи, дослідникам вдалося відтворити наноструктуру, подібну до тієї, що знайдена в мантії, додавши остеопонтин до мінеральних кристалів, вирощених у лабораторії. Професор Маккі вважає, що краще розуміння ролі білків у кальцифікаційних подіях, що спричиняють затвердіння та зміцнення яєць завдяки біомінералізації, може мати важливі наслідки для безпеки харчових продуктів.
"Близько 10-20% курячих яєць розпадаються або тріскаються, що збільшує ризик отруєння сальмонелою", - говорить Маккі. "Розуміння того, як мінеральні наноструктури сприяють міцності оболонки, дозволить виділити генетичні ознаки у курей-несучок для отримання стабільно товстіших яєць і підвищення безпечності харчових продуктів".