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为什么我们人想从鸡蛋外面想把鸡蛋壳压出个裂缝来很不容易,而脆弱的小鸡从里面反而可以顶破鸡蛋呢?

包裹在小鸡胚胎外的鸡蛋壳的结构到底是怎么样的,这个问题一直很难搞明白。不过科学家们最近已经自己聚焦于研究这个问题,做出了一些发现,揭示了蛋壳(在孵化过程中)是怎样变化,使得小鸡可以破壳而出的。

一只刚刚破壳而出的小鸡在休息

鸡蛋从母鸡体内下出来之前,蛋壳是一个钙含量高的坚硬三层结构。之前,科学家们已经知道,小鸡在蛋壳内发育的过程中,会不断吸收蛋壳中的钙,蛋壳会由内到外逐渐变薄,但是微观到分子层面,这一个过程到底是怎样进行的,科学家们一直没有搞明白。

现在一位叫麦克基的加拿大科学家和同事们经过研究发现,蛋壳中包含一种纳米结构,正是这种结构使得蛋壳坚硬。

麦克基说:“所有人都认为蛋壳很脆弱,英语中还有一个’在蛋壳上行走’的俗语。其实我们发现薄薄的蛋壳其实特别坚硬,比有些金属还要坚硬”。

麦克基的团队主要是通过聚焦于研究一种叫“骨桥蛋白”(osteopontin)的蛋白质的作用来研究蛋壳的硬度的。

麦克基还说:“蛋壳、牙齿、骨头这三样东西的外观差异很大,但其中都有这种叫“骨桥蛋白”的蛋白质。我们认为正是这种蛋白质帮助了蛋壳完成矿物质化,从而使得蛋壳组织具备了其特性(“坚硬”)。

一只小鸡施工到一半,休息一会

蛋壳中既包含无机物(含钙矿物质),也包括有机物(大量蛋白质)。蛋壳是出了名的难研究,因为它太容易碎了。麦克基团队使用了一系列电子显微镜技术,还有一种非常尖端的“聚离子束”的技术来制作蛋壳的薄切片。

在使用了上述技术以后,科学家们终于发现,蛋壳的三层这种都包括一排挤满了含“骨桥蛋白”、含钙结晶矿物质(纳米结构)的区域。

一张图看懂蛋壳结构的秘密

这个团队还利用高级成像技术发现,蛋壳的最外一层所包含的纳米结构排列更紧密一些,该纳米结构占用的区域要小一些。蛋壳越是靠里面的一层,其所包含的纳米结构排列就越稀疏。蛋壳最里面那一层,其所包含的纳米结构排列最稀疏,其骨桥蛋白含量也就最低。

麦克基说:“蛋壳最外层较硬,因为其所含(纳米结构)排列最紧密,而蛋壳内层较软。”

这个团队认为,“骨桥蛋白”就像是一种框架结构,引导着含钙矿物质的排列,从而影响蛋壳各层的硬度。用建房子来打比方,“骨桥蛋白”就像钢筋框架结构,含钙矿物质就像水泥。

以上研究都是用显微镜观察蛋壳。科学家们又想从一个反方向来验证他们的发现,即在实验室做实验,用和蛋壳类似的物质原料,看看能不能人工造出蛋壳来。结果发现,在一个试管中,如果不添加“骨桥蛋白”,矿物质结晶的速度过快,只能制成一大块方解石(即碳酸钙)那样,跟蛋壳完全不一样。在另一个试管中,添加了“骨桥蛋白”,矿物质结晶的速度会放慢,骨桥蛋白会镶嵌到矿物质里面去,最后就能制成薄而坚硬的像蛋壳一样的东西。这就验证了科学家的观测和给出的理论解释:其关键作用的,确实是“骨桥蛋白”。

然后科学家们又找了些已经被孵了15天的鸡蛋来研究。这些鸡蛋和刚下下来的鸡蛋不同之处在于,虽然蛋壳最外一层所含的纳米结构没有变化,但中间一层和最里面一层的纳米结构已经变小了。在孵化过程中,蛋壳中的碳酸钙在酸性环境下被溶解了,被用于小鸡造骨头用了。在这一过程中,蛋壳变软了,小鸡以后就可以从里面顶破蛋壳。

关于“骨桥蛋白”在蛋壳结构所起的作用是不是就这么确定,还需要进一步研究,看看有没有什么问题。不过目前取得的研究结果,已经对研究新型人造材料、食品安全等领域有所启发。

从大自然中借鉴一些东西,是我们应该做的。因为人的智慧很难超过大自然,生物进化了多少亿年了,一直都在完善自己,进化成现在这样,肯定是有道理的。

有这么一个情况。在自然的情况下,有10%到20% 的鸡蛋会自己出现破裂,如果人没注意,吃了这种破裂了的鸡蛋,就会导致沙门氏菌中毒。现在我们搞清楚了蛋壳中矿物质是怎样让蛋壳坚硬的机制,有利于我们优选出母鸡,让它们下的蛋的蛋壳强度越来越坚硬,从而避免因蛋壳自己破裂而导致人中毒的事件发生。

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