星期一, 16 5月 2022 05:19

上佳蛋:蛋壳纳米结构体现精心的设计

本文摘自《创造》杂志中文版第40卷第4期

数千年来,不断有人问:先有鸡还是先有蛋?1但是,读过《创世记》的人就知道是先有鸡(更准确地说,是陆地家禽类),它们在创世第五天被创造出来,随后产下一颗蛋。

知名进化论者大卫·爱登堡(David Attenborough)否认蛋的设计源自上帝,他将蛋描述为“大自然的奇迹”,称之为“卓越的生命支持系统”。2蛋壳不仅保护蛋中发育的鸡仔,还充当半透膜,让空气和水分以受控方式通过约 7000 个孔进入蛋壳。这样,壳内的鸡仔既能够呼吸,又能避免因净失水而干死。3

现在,首个研究家养鸡(Gallus gallus domesticus)成形蛋壳的纳米结构详细报告已经发表,向人们展示了蛋壳在形成、功能和解体方面的卓越设计。4

加拿大麦吉尔大学的研究人员通过精确切割蛋壳薄片发现:决定蛋壳强度的一个因素是蛋壳有一种与骨桥蛋白相关的纳米结构矿物,骨桥蛋白是一种蛋壳蛋白。5 他们发现骨桥蛋白是一种黏合剂,有助于促进蛋壳上层结构的形成、引导框架的搭建并控制蛋壳中碳酸钙的排列。蛋壳外层的骨桥蛋白含量很高,这意味着结构更密实。这样,在鸡仔准备孵化时,硬壳的外部将一直起到保护作用。但是,在蛋壳内层,骨桥蛋白的含量较低。这意味着纳米结构更大、排列更松散,从而使碳酸钙更易通过,内层更易解体。

Uberprutser CC BY-SA 3.0 via Wikipediachicken

蛋壳与细齿

珍妮·阿姆斯(Jenny Arms)

在蛋壳诸多目的明确的绝佳设计之外,还有一个能让鸡仔破壳而出,走向自由时所需要的精妙工具——“蛋齿”。这是鸡仔上喙尖上突出的一个尖尖,在孵化期第七日开始发育。

在孵化之前约三天,不断生长的鸡仔很难再通过蛋壳上的孔获得足够的氧气,因此,它就用“长了牙齿”的喙划破蛋壳钝端的膜,从膜和蛋壳间形成的气囊中获取空气。气囊中存储的空气恰好能够补足接下来的“破壳”任务所需的氧气。

时间到了,鸡仔脖子后的肌肉开始痉挛,促使它们用自己的细蛋齿工具弱弱地啄击外膜和蛋壳。一次又一次,数千次的尝试,逆时针顺着蛋壳钝端转一圈。这是一项无比艰巨的任务,在高强度的啄击活动之间往往需要数小时的休息。

最终,它做到了!外面的空气真新鲜啊,它成功了!随着用力一踹,鸡仔孵出来了——精疲力尽、浑身粘乎乎。“蛋齿”将在随后逐渐干枯并掉落,结束这一独特且意义的非凡过程,而完成这一切的相关信息始终都印刻在鸡的基因中。


珍妮·阿姆斯(Jenny Arms)是一名居住在澳大利亚维多利亚州乡村高中(同时招收非信徒和基督徒)的退休教师。


解体的两个原因

孵化是鸡蛋生命的巅峰,它的纳米结构呈现出绝妙的双重功能设计,专为孵化鸡仔。蛋壳内层随着内部胚胎成长和发育而变化,发育中的鸡仔需要钙质促进骨骼生长成形,溶解蛋壳的最内层就可以“补钙”。

除了帮助鸡仔骨骼发育,这种解体还可从内部削弱蛋壳,以便鸡仔发育成熟时能够破壳而出。

从纳米结构级别研究此过程,有助于更全面地了解蛋壳的设计特点。研究团队重点提到,这一过程既可以保持整体壳层结构,又能适当变薄,降低强度,此特点提供了最终需要的条件,让鸡仔能够在孵化过程中成功以微弱之力啄破蛋壳。


潜在好处

这些有关蛋壳纳米结构的最新研究成果在业内受到高度评价,既有助于设计和强化仿生材料,还有助于了解生物结构中的受控溶解性。而且,这些研究成果对于农产品行业尤其重要,因为对于养鸡业来说,蛋壳质量是一个要重点考虑的问题,破碎或有裂纹(可能遭微生物侵入)6 的蛋壳达到 13% 至 20%。论文作者之一马可·迈克菲(Marc McKee)博士解释说:“了解矿物纳米结构如何影响蛋壳强度,就可以通过筛选产蛋鸡的遗传特性来持续获得更结实的鸡蛋,从而提高食品安全。”5


用进化论蒙混过关

尽管鸡蛋具有相当明显的设计特点,并且模仿这些特点也具有潜在应用价值,研究人员还是如往常一样向盲目地进化过程表达敬意。迈克菲说:“想一想看,我们应该在制作材料时从大自然和生物汲取灵感,因为你完善它的功夫,要击败历经几亿年的进化,真的太难了。”7 然而,论文在解释如此精妙的“生物矿化孵化仓”的形成方式时,并没有提及这是如何在亿万年的过程一点一点进化形成的。好像魔术棒一挥,这么写下几个字,就成了!

但是,这个观点——鸡蛋在数百万年间靠随机演变和自然选择的作用得到完善——也存在许多问题。蛋要发育成形,就需要在发育的不同阶段按不同方式在相当复杂的结构和机械属性上达到平衡。如果蛋壳外部不够坚固,将无法保护鸡仔。如果内部无法溶解,则无法获得足够的钙质促进骨骼生长,鸡仔也无法啄破蛋壳孵化出来。如果蛋壳变薄的过程太快,则会降低其保护功能。鸡的祖先是如何经过数百万年的繁殖,才形成如今这种据称能够确保下一代鸡仔成活的完美过程?

此处讨论的研究仅触及与鸡蛋的设计和功能相关的许多机制浅层内容,包括其它蛋白质,而对于这些蛋白质,我们仍然知之甚少。这种“上佳蛋”设计不能归功于进化8,而应归功于“我们的主,我们的神,你是配得荣耀、尊贵、权柄的;因为你创造了万物,并且万物是因你的旨意被创造而有的”(启示录4:11)。 

照片:CC-BY-NC-4.0 Athanasiadou, D. et al., 参考文献 4骨桥蛋白

为了展示骨桥蛋白如何影响碳酸钙纳米结构,实验在有骨桥蛋白的环境中培育方解石晶体。

图 A、B 和 C 分别表示在合成碳酸钙上不添加骨桥蛋白、添加低浓度骨桥蛋白和高浓度骨桥蛋白的情况。很明显,在添加低浓度骨桥蛋白后形成的合成方解石中测得的纳米结构与蛋壳内部区域的纳米结构大小类似,而添加更高浓度的骨桥蛋白后所得到的纳米结构的大小类似于蛋壳的外部。

    

【扩展阅读】

● 一支羽毛便能驳倒进化?

● 飞行:不可简化的复杂性

● 关于羽毛的异想天开——所谓的“原始羽毛”在仔细研究之下原形毕露

● 鸟类进化论的破灭

● 蜂鸟:受造界的小明星

 


参考文献和注释

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,2018 年 3 月31 日在 BBC 2 上播出。

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 steopontin on calcite growth in vitro, J. Structural Biology163(1):84–99, 2008 |doi: 10.1016/j.jsb.2008.04.008.

7. PDavis, 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.

     

本文原英文链接见:https://creation.com/creation-astronomy-henry-richter.

 


阅读 390 次数