Hier is een vraag over kippen en eieren die je misschien nog niet eerder hebt gehoord: hoe komt het dat een ei zo moeilijk is om van buitenaf te breken, maar toch zo gemakkelijk voor een zwak klein kuiken om van binnenuit door te pikken?
Het is een moeilijke vraag om te kraken. Men denkt dat eischalen veranderen als het kuiken naar binnen groeit. Naarmate het wezen zich ontwikkelt, lossen delen van de binnenste eierschaal op en neemt het pluizige vogeltje een deel van dat calcium op in zijn botten. Maar het bleef onduidelijk hoe dit proces de microstructuur van de eischaal heeft beïnvloed. Zoals Nicola Davis van The Guardian meldt, suggereert een nieuwe studie in Science Advances dat het allemaal draait om de nanostructuur van het ei en hoe het zich ontwikkelt met het groeiende wezen erin.
Om het mysterie te ontrafelen en eistructuren te bestuderen, gebruikten onderzoekers van McGill University een nieuwe gerichte ionenbundel waarmee ze extreem dunne delen van de schaal konden snijden, volgens een persbericht. Vervolgens analyseerden ze deze dunne secties met behulp van een elektronenmicroscoop om de shell-structuur te bestuderen.
Het team onderzocht de schalen van bevruchte eieren die 15 dagen waren geïncubeerd en vergeleek die met onbevruchte eieren. Zoals Laurel Hamers bij ScienceNews meldt, ontdekten ze dat de sleutel tot de taaiheid van de eieren de vorming van microstructuren leek te zijn, geleid door eiwitten. Ze concentreerden hun analyse op een bepaald eiwit, osteopontin genaamd, dat overal in de schaal wordt gevonden en waarvan wordt aangenomen dat het van vitaal belang is bij de organisatie van minerale structuur.
Zoals Davis uitlegt, lijkt osteopontin als een "steiger" te werken dat de structuur en dichtheid van mineralen in de schaal, met name calcium, leidt. In een ontwikkeld ei zijn de mineralen in de buitenste laag van de schaal dicht opeengepakt en rijk aan osteopontin. Maar binnenste eilagen hebben een andere nanostructuur, die minder osteopontin heeft en een lagere dichtheid van minerale pakkingen.
In niet-geïncubeerde eieren veranderde de nanostructuur niet. Maar in de bevruchte en geïncubeerde eieren leek de structuur van het binnenei in de loop van de tijd te veranderen. Calcium werd overgebracht naar de kuikens en de binnenkant van de schaal werd zwakker, waardoor het gemakkelijker werd voor de critter om door te breken. De binnenschaal werd ook hobbeliger, wat volgens de onderzoekers meer oppervlakte biedt voor chemische reacties die calcium aan de kuikens afgeven.
"Iedereen denkt dat eierschalen kwetsbaar zijn - [wanneer] we voorzichtig zijn, we lopen op eierschalen" - maar in feite zijn ze vanwege hun dunheid extreem sterk, harder dan sommige metalen, "vertelt coauteur Marc McKee van McGill aan Davis. "We begrijpen nu op bijna moleculaire schaal hoe een eierschaal wordt geassembleerd en hoe deze oplost."
Zoals Hamers meldt, verstoort osteopontin waarschijnlijk de ordelijke vorming van calciumkristallen in de schaal, waardoor een sterkere schaal ontstaat. Op nanoschaal voorkomt de introductie van het eiwit de vorming van een gladde, uniforme kristalstructuur. In plaats daarvan zorgt het ervoor dat de structuur onregelmatiger wordt, wat de buitenste schil versterkt. Dat is de reden waarom een barst in een ei een zigzagpatroon vormt in plaats van netjes open te breken - de pauze moet zwakke plekken vinden op zijn weg door de roerei kristalstructuur.
Om hun bevindingen te testen, meldt Davis dat het team hun eigen eierschaalvervanger in het laboratorium heeft gemaakt, met en zonder osteopontin. "Als je het eiwit niet in de reageerbuis doet, krijg je een groot gigantisch calciet [calciumcarbonaat] kristal zoals je dat in een museum zou vinden, " vertelt McKee aan Davis. "Als je het eiwit erin gooit, vertraagt het het proces, het wordt ingebed in dat kristal en het genereert een zeer vergelijkbare nanostructuureigenschap in die synthetische kristallen en ze hebben een verhoogde hardheid."
Kennis van de nanoschaalstructuur van het ei kan leiden tot nieuwe soorten materialen, zegt Lara Estroff, een ingenieur van Cornell die niet bij het onderzoek betrokken was, meldt Hamers. De onderzoekers denken dat het zelfs de voedselveiligheid voor eieren zou kunnen verbeteren. Volgens het persbericht kraakt ongeveer 10 tot 20 procent van de kippeneieren tijdens het transport, wat kan leiden tot besmetting met salmonella. Als je begrijpt waarom sommige eieren sterker zijn dan andere, kun je kippen helpen met het kweken van hardere eieren.
