„Eggscelentní“ design

Nanostruktura vaječné skořápky ukazuje důmyslnou konstrukci

Phil Robinson

„Eggscelentní“ – slovní hříčka: složenina přesmyčkou z anglického „Egg“ (vejce) a „Excellent“ (znamenitý, excelentní). Z creation.com přeložil Pavel Akrman – 05/2021. Translation granted by Creation.com – přeloženo s povolením od Creation.com.

Otázka, zda na svět přišla dřív slepice nebo vejce, je stará už tisíce let.¹ Nicméně každý čtenář Genesis může snadno zjistit, že odpovědí je slepice (nebo přesněji druh suchozemských ptáků), stvořená pátého dne, která poté snesla vejce.

Známý evolucionista David Attenborough, který v designu vejce popírá jakoukoli roli Boha, však přesto vejce popsal jako „zázrak přírody“ a také jako „excelentní systém pro podporu života“.² Vaječná skořápka neplní jen ochrannou funkci pro vyvíjející se kuřátko uvnitř, ale působí také jako polopropustná (semipermeabilní) membrána, která umožňuje vzduchu a vlhkosti řízeným způsobem procházet přibližně 7 000 póry. Tím je zajištěno kuřátku uvnitř dýchání a současně také ochrana před vysycháním v důsledku čisté ztráty vody.³

V této době byly také zveřejněny podrobnosti o vůbec prvním nanostrukturním zkoumání plně utvořených skořápek slípky domácí, Gallus gallus domesticus, které ukázaly vynikající design v průběhu jejich utváření, fungování a rozpouštění.⁴

Vědci z McGill University přesně vyřízli tenké plátky skořápky a „zjistili, že určujícím faktorem pevnosti skořápky je přítomnost nanostrukturovaného minerálu spojeného s osteopontinem, proteinem skořápky.“⁵ Osteopontin byl shledán jako vazebná látka, která pomáhá formovat nadstavbu skořápky a řídí uspořádání uhličitanu vápenatého ve skořápce. Ve vnější vrstvě skořápky je vysoká hladina osteopontinu, což znamená, že tam se formuje struktura těsněji a hustěji. Tím je zachována silná ochrana vnějšího povrchu skořápky, dokud se kuřátko nevylíhne. Nicméně ve vnitřní vrstvě skořápky je nižší hladina osteopontinu. To znamená, že nanostruktura je zde větší a volněji uspořádaná, což dělá vápenec prostupnějším, a to umožňuje i snadnější rozpouštění vnitřní vrstvy.

Vaječné skořápky a malý zoubek

Jenny Arms

(Uberprutser CC BY-SA 3.0, Wikipedie)

Tento obdivuhodně účelný design skořápky je ještě více umocněn geniálním nástrojem, který malé kuřátko potřebuje k vyproštění ze skořápky ven – tzv. „vaječný zub“. Jedná se o tvrdý, rohovitý výčnělek na špičce horní části zobáku, který se začíná rozvíjet sedmého dne po oplodnění.

Asi tři dny před vylíhnutím je už pro rostoucí kuřátko obtížné získat dostatek kyslíku skrze póry ve skořápce, takže pomocí svého „ozubeného“ zobáku udělá otvor do membrány vzduchového vaku na širším konci skořápky. Tento předem uložený vzduch mu pak dodá takové množství kyslíku, aby hravě zvládlo nadcházející úkol „vyproštění“.

Ve správný čas se sval na zadní straně krku kuřátka začne stahovat a povzbuzuje ho, aby se svým malým „zubním“ nástrojem „proklovalo“ skrze vnější membránu a skořápku. Jsou to tisíce úderů do skořápky, přičemž se otáčí na jejím plošším konci proti směru hodinových ručiček. Tento mamutí úkol vyžaduje hodiny odpočinku, střídané s dávkami aktivity.

Nakonec se to však podaří! Čerstvý vzduch. Úspěch! Potom ještě jeden velký kop a mládě je na světě – vyčerpané, mokré a lepkavé. „Vaječný zub“ se postupně scvrkává a odpadne, a tím je tento unikátní a důmyslný proces, jehož informace byla naprogramována do DNA dávno předtím, završen.

Jenny Arms je australská učitelka na střední spojené škole (sekulární a křesťanská), a žije na venkově v oblasti Victoria.

Dvojí důvod pro rozpouštění

Líhnutí je vyvrcholením celého vaječného procesu a nanostruktura vajíčka ukazuje jeho skvělý duálně fungující design, umožňující vylíhnutí mláděte. Vnitřní vrstva skořápky roste společně s rozvojem embrya uvnitř. Vyíjející se kuřátko potřebuje k růstu svých kostí vápník, a získává ho tím, že postupně rozpouští tu nejvnitřnější vrstvu skořápky.

Kromě toho, že kuřátko posiluje vývin svých kosti, oslabuje toto rozpouštění také skořápku zevnitř, a to umožňuje kuřátku v okamžiku jeho zralosti se vylíhnout, což je obvykle po 21 dnech.

Studium tohoto procesu na úrovni nanostruktur umožnilo lépe porozumět těmto konstrukčním vlastnostem. Výzkumný tým zdůraznil, že „Takový proces na jedné straně umožňuje zachování celkové struktury skořápkové vrstvy, ale vzhledem k jejímu určitému ztenčení a zeslabení pevnosti také zaručuje i nezbytně nutnou funkci pro úspěšné vyklubání kuřat proražením/prolomením skořápky během líhnutí“.

Možnosti využití

Tato nejnovější zjištění na úrovni nanostruktury byla shledána jako plně využitelná při navrhování a rozvoji biologicky inspirovaného materiálu a také jako pomoc při porozumění řízené rozpustnosti v biologických strukturách. Tento objev bude mít zvláštní význam pro zemědělsko-potravinářský průmysl, protože „kvalita skořápek je pro drůbežářský průmysl hlavním problémem, neboť procento porušených či prasklých skořápek (a tím i možné napadení mikroorganismy)⁶ se pohybuje v rozsahu 13–20 %.“ Jeden z autorů studie, dr. Marc McKee vysvětlil, že „Pochopení toho, jak minerální nanostruktura přispívá k pevnosti skořápky, nám umožní výběr genetických vlastností nosnic pro produkci trvale pevnějších vajec, a tedy i zvýšení bezpečnosti potravin.“⁵

Evoluční tichá dohoda

Navzdory těmto výrazným prvkům designu slepičího vejce, a možnosti jeho uplatnění prostým kopírováním, vědci jako obvykle nezapomněli vzdát poctu slepé evoluci. McKee řekl: „Když se nad tím zamyslíme, měli bychom vyrábět materiály, které jsou inspirovány přírodou a biologií, protože je opravdu těžké překonat něco, co bylo zdokonalováno stovkami milionů let evoluce.“ Studie nicméně ani náznakem nevysvětlila, jak by mohla takováto úžasná biominerální schránka na podporu života vlastně vzniknout během těch stovek milionů let evolučního procesu krůček za krůčkem. Jako by stačilo napsat své přání na papír, mávnout kouzelnou hůlkou a ono se to splní!

Tato představa, jak se vejce v průběhu milionů let zdokonaluje výběrem náhodných změn, ovšem skrývá mnohé potíže. Dosažení této dosti komplikované rovnováhy strukturálních a mechanických vlastností musí probíhat různými způsoby a v různých dobách vývoje. Pokud by vnější skořápka nebyla dostatečně silná, pak by nechránila kuřátko. Pokud by se uvnitř nerozpouštěla, pak by nebylo dost vápníku pro vytváření kostí a kuřátko by ji také nedokázalo prorazit a vylíhnout se. A pokud by došlo ke ztenčení skořápky příliš brzy, pak by to narušilo její ochrannou funkci. Jak se tedy předci dnešního kuru domácího rozmnožovali miliony let předtím, než byl údajně tento proces zdokonalen k zajištění další generace ptáků?

Výzkum, o kterém je tu řeč, se dotkl sotva jen zlomku toho množství mechanismů zapojených a fungujících v rámci konstrukce vajec, k čemuž patří i další proteiny, jejichž pochopení je stále velmi chabé. Zásluha na tomto „vynikajícím“ designu⁸ nepatří evoluci, ale Tomu, který je „hoden … přijmout slávu a čest i moc, neboť On stvořil všechny věci, z Jeho vůle byly stvořeny a trvají.“ (Zjevení 4:11).

Odkazy a poznámky

1. .Fabry, M., Now you know: which came first, the chicken or the egg?, time.com, 21 September 2016.
2. Attenborough, D., Attenborough’s Wonder of Eggs, screened on BBC 2, 31 March 2018.
3. Science Buddies, Porous science: How does a developing chick breathe inside its egg shell? scientificamerican.com, 3 May 2012.
4. Athanasiadou, D., and 14 others, Nanostructure, osteopontin, and mechanical properties of calcitic avian eggshell, Science Advances 4(3) eaar3219, 2018 | doi: 10.1126/sciadv.aar3219.
5. McGill University, Cracking eggshell nanostructure: New discovery could have important implications for food safety, phys.org, 30 March 2018.
6. Chien, Y.C., and 3 others, Ultrastructural matrix-mineral relationships in avian eggshell, and effects of osteopontin on calcite growth in vitro, J. Structural Biology, 163(1):84–99, 2008 | doi: 10.1016/j.jsb.2008.04.008.
7. Davis, N., Scientists solve eggshell mystery of how chicks hatch, theguardian.com, 30 March 2018.
8. Catchpoole, D., What’s in an Egg? Unscrambling the mysteries, Creation 24(3):41–43, 2002; creation.com/egg.