BirdsGuide

Яйца птиц представляют собой замкнутые системы жизнеобеспечения развивающихся зародышей. В только что снесённом яйце содержатся все необходимые питательные вещества, минеральные соли, источники энергии и вода, так что оно нуждается только в обогреве и периодическом вращении, препятствующем прилипанию зародыша к подскорлуповым оболочкам. В яйце недостаёт только одного важнейшего компонента обмена - кислорода, который необходим для протекания в клетках зародыша метаболических процессов, являющихся основой нормального развития. Каким же образом зародыш в яйце получает из окружающей атмосферы кислород и выделяет наружу углекислый газ, иными словами: как дышит яйцо?

Газообмен обычно ассоциируется с периодическим вдыханием подвижной среды (воздуха или воды), в составе которой к капиллярам легких или жабр доставляется кислород и при каждом выдохе уносится двуокись углерода. Скорость движения среды через жабры и лёгкие зависит от интенсивности работы специальных мышц, находящихся под контролем нервной системы, и определяющейся метаболическими потребностями организма. Однако для яиц птиц и других животных (например, насекомых, паукообразных, амфибий и рептилий) дыхательные движения не характерны; в них отсутствуют потоки воздуха, которые могли бы доставлять кислород к капиллярам зародыша. Тем не менее, яйца птиц «дышат», и «дыхание» это осуществляется за счёт диффузии газов через тысячи микроскопических пор в скорлупе.

Эти поры были впервые обнаружены в 1863 г. членом ЭКО (Эдинбургское королевское общество содействия развитию науки и литературы) Джоном Дэви без помощи микроскопа. Он погрузил яйцо в сосуд с водой и, пользуясь вакуумным насосом, откачал из него воздух. При этом на поверхности скорлупы образовались маленькие пузырьки. Дэви пришел к заключению, что скорлупу пронизывают мельчайшие каналы.

Движение газов через поры описывается законами пассивной диффузии: из области с высокой концентрацией молекулы стремятся переместиться в области с низкой концентрацией данного вещества. Диффузия протекает только за счёт кинетической энергии молекул газа и не требует от зародыша непосредственных затрат энергии; более низкая концентрация кислорода внутри яйца заставляет молекулы устремляться внутрь через поры из атмосферы, где парциальное давление этого газа выше. И наоборот, значительное содержание внутри яйца двуокиси углерода приводит к противоположно направленному потоку молекул углекислого газа. Интенсивность процессов диффузии зависит от длины и общей площади сечения пор, а также от разности концентраций диффундирующих газов внутри яйца и в атмосфере.

Концентрация водяных паров в воздушной камере внутри яйца выше, чем снаружи, и молекулы воды (по размеру они меньше молекул кислорода) тоже диффундируют наружу. У животных в процессе эволюции выработались многочисленные приспособления для сохранения воды, яйца же птиц выделяют её с контролируемой скоростью. Источником энергии для развивающегося зародыша служат главным образом жиры, запасенные в желтке, а при расщеплении каждого грамма жира высвобождается почти такое же количество воды. Поэтому если вода не будет выводиться из яйца, её относительное содержание в ходе инкубации возрастёт. Для того чтобы относительное содержание воды в момент вылупления было равно содержанию её в только что отложенном яйце, в виде водяных паров должно теряться около 15% исходной массы яйца. Специалистам по разведению домашней птицы хорошо известно, что потеря такого количества воды необходима для нормального вылупления.

За 21 день инкубации «среднее» куриное яйцо, исходно весящее 60 г, потребляет около 6 л кислорода и выделяет 4,5 л двуокиси углерода и 11 л водяных паров. Вследствие потерь воды к концу инкубации яйцо весит около 51 г, а только что вылупившийся цыплёнок - примерно 39 г (остальной вес приходится на скорлупу и две оболочки).

Три яйцевые оболочки - скорлуповая и две подскорлуповые - известны каждому, кто хоть раз чистил вареное яйцо. Все три оболочки формируются менее чем за 24 часа, пока яйцо движется по яйцеводу курицы в «матку». Самый наружный слой скорлуповой оболочки яйца носит название кутикулы (у некоторых видов отсутствует) и представляет собой тонкую плёнку органического вещества, часто с трещинами, сквозь которые проступает собственно скорлупа. Скорлупа состоит из карбоната кальция, представленного колонками кристаллов кальцита, и небольшого количества органических веществ. Вследствие неточной подгонки колонок друг к другу между ними остаются пустоты, пронизывающие всю толщу скорлупы и образующие микроскопические поры.