En äggcellent design

Äggskals nanostruktur visar målmedveten konstruktion

Skrivet av Phil Robinson
översatt av Lasse Hermansson (genesis.nu)

Frågan om huruvida hönan eller ägget kom först har blivit ställd i tusentals år.¹ En läsare av 1 Mosebok kan emellertid lätt se att svaret är hönan (eller mer exakt landhönans slag), skapad på dag 5, som sedan lade ett ägg.

Den kände evolutionisten David Attenborough, som förnekar någon roll för Gud i äggets design, har ändå beskrivit ägg som ”naturens mirakel” och ägget som ”ett utmärkt livsuppehållande system”.² Äggskalet skyddar inte bara kycklingen som utvecklas inuti, det fungerar som ett semipermeabelt membran som gör att luft och fukt passerar genom ca 7000 porer på ett kontrollerat sätt. Detta gör det möjligt för kycklingen att andas, samtidigt som den skyddas mot uttorkning på grund av nettoförlust av vatten.³

Nu har detaljer om den första nano-strukturundersökningen av färdigformade äggskal från tamhönset, Gallus gallus domesticus, publicerats som visar enastående design i formgivning, funktion och upplösning.⁴

Forskare från McGill University kunde skära exakta tunna skivor av äggskalet och ”fann att en faktor som bestämmer styrkan hos skalet är närvaron av nanostrukturerat mineral förknippat med osteopontin, ett äggskalsprotein.”⁵ Osteopontin visade sig vara ett bindemedel som bidrog till att bilda äggskalets överbyggnad, ha kontroll över strukturen och styra arrangerandet av kalciumkarbonatet i skalet. I äggskalets yttre lager, var det höga nivåer av osteopontin, vilket innebär att strukturen är närmare och tätare formad. Detta håller det hårda skalet skyddande på utsidan medan kycklingen blir redo att kläcka. Men i det inre skiktet av äggskalet, fanns det lägre nivåer av osteopontin. Detta innebär att nanostrukturen var större och mer löst ordnad, vilket gjorde kalciumkarbonatet mer tillgängligt och sålunda tillät de inre skikten att lösas upp lättare.

Äggskal och små tänder

Jenny Arms

Uberprutser CC BY-SA 3.0 via Wikipedia

I tillägg till dessa underverk med äggskalets målmedvetna design är det geniala verktyget den lilla kycklingen behöver för att bryta ut till frihet – ”äggtanden”. Detta är en hornartad utskjutning på toppen av dess övre näbb som börjar utvecklas på dag 7 av dräktigheten.

Cirka tre dagar före kläckning börjar det bli svårt för den växande kycklingen att få tillräckligt med syre genom porerna i skalet, så den använder sin ”tandade” näbb för att skära ett hål genom membranet in i luftsäcken i skalets smalare ände. Denna lagrade luft ger precis tillräckligt med syre för att klara den kommande uppgiften; ”utbrytningen”.

Vid rätt tillfälle börjar en muskel bakom kycklingens hals att rycka, få den att ”hacka” genom det yttre membranet och skalet med det lilla ”tand”-verktyget. Tusentals gånger slår den mot skalet vid dess smalare ände, samtidigt som den roterar moturs. Denna gigantiska uppgift kräver timmar av vila mellan utbrott av aktivitet.

Slutligen händer det! Frisk luft. Framgång! Med en enorm stöt är kycklingen född – utmattad, våt och klibbig. ”Tanden” skrumpnar gradvis och faller bort, vilket kulminerar denna unika och ändamålsenliga process, vars information fanns programmerad i dess DNA hela tiden.

Jenny Arms är en pensionerad gymnasielärare som bor på landsbygden i Victoria, Australien.

Två orsaker till upplösning

Kläckning är höjdpunkten i äggets olika faser, och nanostrukturen i ägget demonstrerar dess underbara dubbel-funktionsdesign som gör det möjligt för kycklingen att kläckas. Äggskalets inre lager förändras när embryot växer och utvecklas inuti. Den växande kycklingen behöver kalcium för att hjälpa till att bilda sina ben, och den får detta genom att lösa upp det innersta lagret av äggskalet.

Förutom att hjälpa kycklingen att utveckla sina ben, försvagar denna upplösning även skalet från insidan, vilket gör att kycklingen kan klara kläckningen när den är mogen, normalt vid 21 dagar.

Studiet av denna process på nanostrukturnivå har gjort denna designfunktion mer begriplig. Forskargruppen framhöll att ”En sådan process tillåter bibehållandet av den yttre skalskiktstrukturen, samtidigt med en viss uttunning och minskad styrka, en funktion som i slutänden är nödvändig för att kycklingen framgångsrikt ska kunna hacka för att punktera/bryta skalet under kläckning”.

Potentiella fördelar

Dessa senaste nanostruktur-rön har blivit hyllade som användbara vid utformning och förstärkning av bioinspirerat material, samt att bidra till att förstå kontrollerad löslighet i biostrukturer. Upptäckten kommer också att vara av särskild betydelse för livsmedelsindustrin, eftersom ”äggskalskvalitet är ett stort problem för fjäderfäindustrin eftersom andelen trasiga eller spruckna (med möjlig invasion av mikroorganismer)⁶ äggskal kan variera från 13 % till 20 %.” En av dokumentets författare, Dr Marc McKee förklarade: ”Att förstå hur mineralens nanostruktur bidrar till skalhållfasthet kommer att möjliggöra val av genetiska egenskaper i värphöns för att producera konsekvent starkare ägg för förbättrad livsmedelssäkerhet.”⁵

Den evolutionära blinkningen och nicken

Trots kycklingäggets ganska uppenbara designfunktioner och de potentiella tillämpningarna av att kopiera några av dessa, betygade forskarna den vanliga hyllningen till blind evolution. McKee sade: ”När man tänker på det, borde vi göra material som är inspirerade av naturen och biologin eftersom, o’ boy, det är verkligen svårt att slå hundratals miljoner år för att fullända någonting.”⁷ Ändå gjorde dokumentet inte ens en antydan till att förklara hur en sådan underbar biomineraliserad livsuppehållande kammare i verkligheten skulle kunna uppstå genom hundratals miljoner år av en bit-för-bit evolutionär process. Precis som viftandet med en trollstav, att bara genom att skriva orden så blir det så!

Men det finns många svårigheter med denna idé att ägget blev fulländat genom val av slumpmässiga förändringar under miljontals år. Att uppnå denna ganska komplicerade balans mellan strukturella och mekaniska egenskaper måste ske på olika sätt vid olika tidpunkter av utveckling. Om skalet inte var tillräckligt starkt på utsidan, skulle det inte skydda kycklingen. Om det inte löser upp sig på insidan, skulle det inte finnas tillräckligt med kalcium för att benen skulle bildas, inte heller skulle kycklingen kunna bryta igenom och kläcka. Och om uttunningen av skalet hände för tidigt skulle det äventyra dess skyddande funktion. Hur förökade sig förfäderna till dagens kycklingar i miljontals år innan processen förmodas ha blivit perfekt för att säkerställa nästa generation av fåglar?

Den forskning som diskuteras här skrapar endast på ytan på de många mekanismer som är involverade i äggdesign och funktion, inklusive andra proteiner, som fortfarande är dåligt förstådda. Äran för denna ”äggcellenta” design⁸ tillhör inte evolutionen, utan snarare Den som är ”värdig att ta emot pris, ära och makt, ty du har skapat allt. Genom din vilja kom det till och blev skapat” (Uppenbarelseboken 4:11).