Ovologie : Wie das Küken aus dem Ei kommt

Warum sind Eierschalen extrem stabil, aber Küken können sie trotzdem durchstoßen? An einem zahnmedizinischen Institut hat man die Antwort gefunden.

Harte Schale, gar kein Kern: Die natürliche Verpackung von Hühnereiern wird im Labor des Zahnmediziners Marc D. McKee untersucht.
Harte Schale, gar kein Kern: Die natürliche Verpackung von Hühnereiern wird im Labor des Zahnmediziners Marc D. McKee untersucht.Foto: Laurie Devine, McGill University

Marc McKee arbeitet an der McGill University in Montreal. Er arbeitet dort am Department für Zahnmedizin, aber ein anderes, auch meist weißes und hartes Material interessiert ihn mindestens genauso sehr wie Dentin und Jacket-Kronen: die Eierschale. Zwei Fragen trieben ihn lange um: Wie kommt es, dass Vogelei-Schalen - sogar ganz ohne Fluorid-Behandlung - so dünn und doch so hart sind? Und warum schaffen Küken es trotzdem, sie letztlich zu durchstoßen? Zusammen mit Kollegen und mit Hilfe modernster Gerätschaften hat er jetzt Antworten gefunden. Im Fachmagazin „Science Advances“ stellen die kanadischen Forscher diese jetzt vor.

Eiweiße, auch in der Schale

Schon seit mehr als 100 Jahren ist bekannt, dass Eierschalen hauptsächlich aus Kalziumkarbonat bestehen. In den frühen siebziger Jahren begannen Forscher auch zu versuchen, die Mikrostruktur und -zusammensetzung mit Hilfe von Elektronenmikroskopen und biochemischen Methoden zu analysieren. Vor allem die Eierindustrie hatte Interesse, mehr zu erfahren. Denn etwa die Frage, wie man Hennen am besten und kostengünstigsten füttern kann, um ausreichend stabile Schalen zu bekommen, war von großer ökonomischer Bedeutung. Auch Hinweise, wie man vielleicht gezielt Produzenten besonders stabiler Eier züchten könnte, erhofften sich Eier-Produzenten und Schalen-Forscher. Denn kaputte Eier lassen sich nicht nur nicht mehr verkaufen, sondern werden auch oft sofort von Salmonellen besiedelt und damit zum Gesundheitsrisiko.

Die Forscher, unter ihnen auch damals schon einige Kanadier, fanden über die Jahre auch durchaus Überraschendes, etwa zahlreiche spezielle Proteine, die nur oder fast nur in Eierschalen vorkommen. Aber außer, dass die Tiere ausreichend Kalzium im Futter brauchen und ansonsten nicht gerade einseitig ernährt werden sollten, kam wenig praktisch Brauchbares heraus. Und auch methodisch blieb es schwierig. Denn bei Versuchen, winzig dünne Schnitte für das Elektronenmikroskop anzufertigen, zerfiel normalerweise alles zu Staub, erzählt McKee.

Verpackung als Vorratsspeicher

Mit Hilfe „fokussierter Ionenstrahlen“ (Focused Ion Beam, FIB) gelang es McKee und Kollegen von der ingenieurswissenschaftlichen Fakultät nun endlich, Eierschalen auf Nanoebene zu schneiden und Schicht für Schicht zu analysieren. Sie fanden unter anderem, dass ein Komplex aus einer Mineral-Nanostruktur mit dem Protein Osteopontin (das auch in menschlichen Knochen vorkommt) eine wichtige Rolle spielt. Je mehr davon eine Schalenschicht enthält, desto härter ist sie. Im Labor gelang es dem Team sogar, eine ähnliche Nanostruktur künstlich herzustellen, indem Osteopontin zu synthetischen Nanokristallen hinzugegeben wurde.

Blieb die Frage, wie ein kleines Küken es schaffen kann, die harte Schale zu durchstoßen. Es stellte sich heraus, dass jedenfalls all das Eiweiß, das in die Muskeln eingebaut wird, dafür nicht ausreicht. Vielmehr ist die Schale zum Zeitpunkt des Schlüpfens gar nicht mehr hart. McKee und seine Kollegen konnten mit einem Rasterkraftmikroskop (Atomic Force Microscope) beobachten, wie die Nanostruktur der Schale sich während der Bebrütung entsprechend änderte. Dabei wird der Schale reichlich Kalzium entzogen, das dann in die Knochen des Kükens eingebaut wird. Es zeigte sich also, dass nicht nur Eiweiß und Eigelb Vorratsspeicher für die Entwicklung des Embryos sind, sondern auch die Verpackung des Eies selbst.

McKee glaubt, dass die Erkenntnisse über die beteiligten Proteine in Zukunft helfen werden, Hühner zu züchten, die zuverlässiger als bisher bruchsichere Eier legen. Auch neue synthetische Nanomaterialen nach diesem Natur-Vorbild - ähnlich denen, die er schon im Labor züchten konnte - seien denkbar.

Hinweis: Die Überschrift dieses Artikels lautete ursprünglich "Wie die Henne aus dem Ei kommt". Da Hennen aber nicht in Eiern liegen, sondern diese nur legen, haben wir sie geändert.

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