Hier ist eine Frage zu Hühnern und Eiern, die Sie vielleicht noch nicht gehört haben: Wie kommt es, dass es so schwierig ist, ein Ei von außen zu zerbrechen, während es für ein schwaches kleines Küken so einfach ist, von innen durchzupicken?
Es ist eine schwierige Frage zu knacken. Es wird angenommen, dass sich Eierschalen ändern, wenn das Küken im Inneren wächst. Während sich die Kreatur entwickelt, lösen sich Teile der inneren Eierschale auf und der unscharfe kleine Vogel nimmt etwas von diesem Kalzium in seine Knochen auf. Es blieb jedoch unklar, wie dieser Prozess die Mikrostruktur der Eierschalen beeinflusste. Nun, wie Nicola Davis von The Guardian berichtet, legt eine neue Studie in Science Advances nahe, dass es um die Nanostruktur des Eies geht und wie es sich mit der wachsenden Kreatur im Inneren entwickelt.
Um das Rätsel zu lösen und die Eistrukturen zu untersuchen, verwendeten Forscher der McGill University einen neuen fokussierten Ionenstrahl, mit dem sie laut einer Pressemitteilung extrem dünne Abschnitte der Schale schneiden konnten. Anschließend analysierten sie diese Dünnschnitte mit einem Elektronenmikroskop, um die Schalenstruktur zu untersuchen.
Das Team untersuchte die Schalen von befruchteten Eiern, die 15 Tage lang inkubiert wurden, und verglich diese mit ufertilisierten Eiern. Wie Laurel Hamers von ScienceNews berichtete, stellten sie fest, dass der Schlüssel zur Zähigkeit der Eier die Bildung von Mikrostrukturen zu sein schien, die von Proteinen an Ort und Stelle geführt wurden. Sie konzentrierten ihre Analyse auf ein bestimmtes Protein namens Osteopontin, das sich in der gesamten Schale befindet und für die Organisation der Mineralstruktur von entscheidender Bedeutung ist.
Wie Davis erklärt, scheint Osteopontin als "Gerüst" zu fungieren, das die Struktur und Dichte von Mineralien in der Schale, insbesondere Kalzium, steuert. In einem entwickelten Ei sind die Mineralien in der äußeren Schicht der Schale dicht gepackt und reich an Osteopontin. Innere Eischichten weisen jedoch eine andere Nanostruktur auf, die weniger Osteopontin und eine geringere Dichte an Mineralpackungen aufweist.
In nicht inkubierten Eiern änderte sich die Nanostruktur nicht. In den befruchteten und inkubierten Eiern schien sich die Struktur des inneren Eies mit der Zeit zu verändern. Kalzium wurde auf die Küken übertragen und das Innere der Schale wurde schwächer, so dass das Lebewesen leichter durchbrechen konnte. Die Innenschale wurde auch holpriger, was nach Ansicht der Forscher mehr Oberfläche für chemische Reaktionen bietet, die Calcium an die Küken abgeben.
"Jeder denkt, Eierschalen seien zerbrechlich - [wenn] wir vorsichtig sind, laufen wir auf Eierschalen" -, aber tatsächlich sind sie extrem stark und härter als einige Metalle ", sagt Co-Autor Marc McKee von McGill gegenüber Davis. "Wir verstehen jetzt auf fast molekularer Ebene wirklich, wie eine Eierschale zusammengesetzt wird und wie sie sich auflöst."
Wie Hamers berichtet, stört das Osteopontin wahrscheinlich die ordnungsgemäße Bildung von Kalziumkristallen in der Schale, wodurch eine stärkere Schale entsteht. Im Nanobereich verhindert die Einführung des Proteins die Bildung einer glatten, gleichmäßigen Kristallstruktur. Stattdessen wird die Struktur unregelmäßiger, wodurch die äußere Hülle gestärkt wird. Das ist der Grund, warum ein Riss in einem Ei ein Zick-Zack-Muster bildet, anstatt sauber aufzubrechen - der Bruch muss Schwachstellen auf seinem Weg durch die durcheinandergemischte Kristallstruktur finden.
Um ihre Ergebnisse zu testen, berichtet Davis, dass das Team im Labor einen eigenen Eierschalenersatz mit und ohne Osteopontin entwickelt hat. „Wenn Sie das Protein nicht in das Reagenzglas geben, erhalten Sie einen großen riesigen Calcitkristall, wie Sie ihn in einem Museum finden würden“, erzählt McKee Davis. "Wenn Sie das Protein einwerfen, verlangsamt es den Prozess, es wird in diesen Kristall eingebettet und es erzeugt eine sehr ähnliche Nanostruktur in diesen synthetischen Kristallen und sie haben eine erhöhte Härte."
Laut Hamers könnte die Kenntnis der nanoskaligen Struktur des Eies zu neuartigen Materialien führen, sagt Lara Estroff, eine Cornell-Ingenieurin, die nicht an der Studie beteiligt war. Die Forscher glauben, dass dies sogar die Lebensmittelsicherheit für Eier verbessern könnte. Rund 10 bis 20 Prozent der Hühnereier knacken laut Pressemitteilung beim Transport, was zu einer Salmonellenkontamination führen könnte. Wenn Sie verstehen, warum einige Eier stärker sind als andere, können Sie Hühner mit härteren Eiern züchten.
