Самая совершенная вещь на свете

Беркхед Тим

Старомодные взгляды Натузиуса не помешали ему провести сравнительное исследование скорлупы птичьих яиц настолько детальное, что оно остается непревзойденным до сих пор. Он жил далеко от какого-либо из университета, работал скорее всего в одиночку в собственной лаборатории и был необычайно изобретателен в разработке новых методов микроскопии. Применив множество едких химикатов, цветных красителей и величайшую изобретательность, Натузиус открыл способы анализа и описания тонкого строения яичной скорлупы не менее чем шестидесяти различных видов птиц, среди которых страусы, киви, удоды, вертишейки, журавли и кайры, все из его коллекций. Но подход Натузиуса был на удивление узким, поскольку он полагал, что наука должна включать лишь немногие описания. Он отверг теоретические построения Дарвина, Шлейдена и Шванна именно на том основании, что считал их идеи не подкрепленными фактическим материалом {29} .

29

Gebhardt, 1964.

В 1960-е гг. другой исследователь яичной скорлупы, Сирил Тайлер, биологиз Университета Рединга в Великобритании, перевел на английский язык тридцать статей Натузиуса и обобщил их содержание в едином обзоре. Тайлер был поражен достижениями Натузиуса и одновременно огорчен его многословием и множеством повторений одного и того же. Тайлер комментирует жалобы Натузиуса

на то, как трудно было издавать его работы. Это вряд ли удивительно, если принять во внимание узость его биологических взглядов: Натузиус был противником Фридриха Куттера – президента Германского орнитологического общества, который значительно лучше разбирался в науке и был к тому же дарвинистом. Для меня Натузиус – интересный пример человека, который значительно обогатил фактами одну из областей науки, несмотря на отсутствие какого-либо теоретического знания биологии, – все равно что хирург, который может блестяще оперировать, ничего не зная о том, как эволюция создавала тела, которые он вскрывает и лечит {30} .

30

Tyler, 1964. Куттер был президентом DOG (Deutsche Ornithologen-Gesellschaft, Германское орнитологическое общество) в 1890–1891 гг. (см.: Stresemann, 1975). Некоторые из срезов скорлупы, сделанных Натузиусом, по-прежнему находятся в Музее естествознания в Вене.

Давайте же посмотрим на путь яйца вниз по яйцеводу, когда оно добирается до того его участка, где должно начаться формирование скорлупы, примерно через шесть часов после того, как оно покинуло яичник и произошло оплодотворение.

В это время на входе в скорлуповую железу (часто именуемую маткой [12] ) «яйцо» покрыто лишь мягкой перепонкой, оно эластично на ощупь. Вы очень легко можете воссоздать для себя эту стадию формирования яйца (подойдет куриное), поместив его на ночь в банку от варенья с разведенным уксусом. Воспользовавшись сочно-зеленым яйцом кайры, которое я нашел брошенным в трещине, я поступил таким образом и наблюдал, как на поверхности скорлупы появились тысячи крошечных пузырьков углекислого газа – результат реакции уксусной кислоты, содержащейся в уксусе, с карбонатом кальция скорлупы. Пузырьки увеличивались, затем отрывались и всплывали на поверхность жидкости. Это напоминало наблюдение за таблеткой «Алкозельцер» в воде в сильно замедленной киносъемке. Через сорок восемь часов скорлупа исчезла полностью, а когда я вынул яйцо из уксуса, его поверхность оказалась мягкой и морщинистой. Яйцо, теперь уже без скорлупы, лежало у меня в руке влажное и дряблое – прямая противоположность тому, с которым я начал опыт, но в данном случае по-прежнему зеленое и с некоторым количеством темных отметин, первоначально испещрявших его поверхность. Положив яйцо в емкость с водой, я был удивлен, увидев, что кожистая перепонка сохраняла точно такую же форму яйца, как в то время, когда у него была настоящая скорлупа.

12

В научной орнитологической литературе обычно используют словосочетание «скорлуповая железа». Это анатомический термин, говорящий о функции образования. «Матка» в данном случае – скорее слово обыденного языка, которое, применительно к птицам, может вводить в заблуждение. В строгом смысле «матка» – орган, обладающий плацентой, через которую осуществляется тесная связь между организмом зародыша и матери посредством кровеносной системы. Матка с плацентой существует только у живородящих животных, она особенно характерна для млекопитающих. – Прим. науч. ред.

Уксус всего лишь обратил вспять процесс формирования скорлупы, разъев карбонат кальция с наружной стороны. Часть уксуса может фактически проникать в толщу скорлупы сквозь поры (о которых немного позже), но я в этом не уверен.

Так вот, именно так выглядит «яйцо» в тот момент, когда оно добирается до входа в скорлуповую железу: желток, окруженный тонким слоем очень вязкого белка, содержащийся внутри яйцевидного мешочка – подскорлуповой оболочки – и поддерживаемый ею.

Рис. 2. Яичник птицы и яйцевод. Отмечены области, в которых протекают различные этапы процесса образования яйца. Это схематическое представление – в действительности яйцевод сильно скручен

Фактически двухслойная пленка состоит главным образом из белка, смешанного с небольшим количеством коллагена. Она образуется в той области, которая именуется перешейком яйцевода, прямо перед скорлуповой железой.

Иногда, когда вы очищаете сваренное вкрутую куриное яйцо от скорлупы, можно увидеть фрагменты пленки, прилипшей к внутренней части скорлупы. Внешне и на ощупь она похожа на очень тонкий пергамент, но под микроскопом видно, что она представляет собой переплетение волокон. Эти волокна были выдавлены – словно в игрушке «Глупая ниточка» [13] – из тысяч крохотных желез в районе перешейка яйцевода и образовали то, что под микроскопом напоминает покров кокосового ореха. Эта рыхло сотканная структура позволит пленке растягиваться, когда чуть позже белок разбухнет от воды. Подскорлуповая оболочка однородна по толщине и у большинства видов птиц чрезвычайно тонка, хотя в крупных яйцах она толще: около 5 мк [14] в яйце зебровой амадины; 6 мк у курицы; добрых 100 мк в яйце кайры и 200 мк – в яйце страуса. Для сравнения: у обычного листа бумаги для принтера (80 г/м^2) толщина около 90 мк {31} .

13

«Глупая ниточка» (Silly String) – игрушка, в которой жидкое содержимое аэрозольного баллончика мгновенно застывает на воздухе, образуя причудливо изогнутую нить из полимерного материала.

14

Микрон (мк) – миллионная часть метра; тысячная часть миллиметра. – Прим. автора.

31

Johnson (в работе: Sturkie, 2000); о толщине двух слоев подскорлуповой оболочки см. также: Romanoff, Romanoff, 1949: 144 (наружный слой несколько толще).

Рис. 3. Строение птичьего яйца

Чтобы увидеть, что задействовано в процессе создания скорлупы, давайте создадим скорлупу птичьего яйца. Мы начнем с того момента, когда «яйцо» добирается до входа в скорлуповую железу. В этой точке «яйцо» напоминает то, которое я вымочил в уксусе, – по сути, это воздушный шарик, частично заполненный водой. Мысленно возьмите его в ладони, сложенные чашечкой, и представьте себе,

что на них находятся десятки крошечных аэрозольных разбрызгивателей самого различного устройства. Те из них, которые первыми вступают в дело, мягко выдавливают из себя концентрированный известковый раствор карбоната кальция, который ложится, словно нестойкие порции пены, на поверхности воздушного шарика, и каждая порция высыхает в сгусток вроде десерта безе. Многочисленные – вероятно, их сотни – расположенные рядом друг с другом разбрызгиватели заняты одной и той же работой, так что спустя несколько часов вся поверхность воздушного шарика оказывается покрытой небольшими приземистыми башенками застывшей пены (технически они известны как сосо`чки и названы так за свою форму, напоминающую соски женской груди). Теперь яйцо перемещается из «красной области» яйцевода, чье название говорит само за себя – это область, густо снабженная кровеносными сосудами, – в скорлуповую железу, и здесь другой набор распылителей начинает впрыскивать воду между порциями затвердевшей пены. Вода просачивается сквозь поверхность воздушного шарика – волокнистую оболочку яйца – в белок, лежащий под ней. Этот процесс известен как «набухание», возможно, потому что он заставляет белок увеличиваться в объеме, и, по мере того как происходит этот процесс, воздушный шарик раздувается почти до полного объема. Затем начинает действовать набор распылителей, разбрызгивающих концентрированный раствор карбоната кальция на верхушки пенных капелек {32} . Это происходит по всей поверхности яйца продолжительными всплесками активности, поэтому примерно через двадцать часов они образуют высокие колонны, тесно прижатые друг к другу, словно частокол забора. Их называют губчатым слоем, который заключает в себе вертикальные кристаллы кальцита (разновидность кристаллического карбоната кальция). Когда эти столбики затвердеют, перед нами почти готовая скорлупа, но это еще не все. В некоторых местах столбики не соприкасаются друг с другом, оставляя крохотные вертикальные пустоты. Они становятся поровыми каналами – воздуховодами, которые соединяют подскорлуповую оболочку с полостью яйцевода, чтобы газы и водяной пар могли просачиваться сквозь скорлупу внутрь и наружу, позволяя эмбриону дышать. Как определяются количество и размер пор в яичной скорлупе – а они заметно различаются от вида к виду, – совершенно неизвестно.

32

Burley, Vadhera, 1989: 58–59. Последовательность неясна; похоже, что первоначальная кальцификация – продукт сосков (в «красной области» скорлуповой железы) – предшествует набуханию.

Хотя прошло около двадцати часов с момента, когда дряблый воздушный шарик попал в яйцевод, процесс еще не завершился. В следующие и заключительные два или три часа еще один набор разбрызгивателей приходит в действие и начинает распылять цветные красители. Пигмент смешивается с последними слоями карбоната кальция и создает фоновую окраску поверхности яйца. Как только нанесение фонового цвета оказывается законченным, а иногда еще до этого, другой набор красящих орудий создает на поверхности яйца рисунок из пятен и полос, называемый пигментацией. Как именно красящие орудия производят и наносят пигменты на скорлупу – процесс сложный, и более подробно он будет обсуждаться далее. Последняя часть формирования скорлупы задействует еще одну группу распылителей, которая накладывает заключительный слой, похожий скорее на восковой слой на новом автомобиле. Но это не воск – это липкий белок, и в зависимости от видовой принадлежности самки он может смешаться с каким-либо пигментом, но покрывает всю поверхность скорлупы и высыхает.

Аристотель по какой-то причине полагал, что скорлупа яйца остается мягкой, когда оно снесено, и затвердевает, охлаждаясь при контакте с воздухом [15] . Как объясняет Уильям Гарвей, с взглядами которого мы познакомимся в следующей главе, Аристотель считал так, думая, что яйцо с мягкой скорлупой не причинит самке боль во время его откладки «по той же самой причине, что яйцо, размягченное в уксусе, можно, как говорят, легко протолкнуть сквозь узкое горлышко бутылки». Гарвей комментирует: «Я соглашался с этим мнением Аристотеля в течение долгого времени, пока не провел собственный, совершенно убедительный опыт. А именно, я установил наверняка, что яйцо в матке почти всегда покрывается твердой скорлупой» {33} .

15

Так может происходить у рептилий, например у ящериц гекконов.

33

Aristotle (Generation). Именно Уильяме Гарвею (цит. по: Whitteridge, 1981: 63), а не Аристотелю принадлежит метафора «проталкивание яйца сквозь горлышко бутылки».

В течение двадцати четырех часов, предшествующих снесению первого в кладке яйца, самка очень занята и переживает стресс. Снесение яйца требует большого количества дополнительных питательных веществ, но труднее всего организму самки выработать кальций для скорлупы. Отчасти это происходит из-за того, что многие птицы не носят в своем теле больших запасов резервного кальция и зависят от получения его извне в сжатые сроки. Проблема стоит особенно остро для птиц вроде колибри, танагр и ласточек, чей типичный рацион не содержит большого количества кальция. Мой коллега, который исследовал деревенских ласточек, рассчитал, что в их обычном рационе из летающих насекомых содержится очень мало кальция. Поэтому, если бы у них не было альтернативного источника кальция, самка должна бы – что невозможно – кормиться на протяжении целых тридцати шести часов просто для того, чтобы накопить достаточно этого вещества для образования одного яйца {34} .

34

Информация Анжелы Тёрнер о деревенской ласточке цитируется в работе: Reynolds, Perrins, 2010.

Количество кальция, необходимое для построения скорлупы, различается: оно больше у видов, которые формируют относительно толстую яичную скорлупу или имеют большие кладки, как, например, синица-лазоревка, способная отложить шестнадцать и более яиц. В действительности самка лазоревки вынуждена потреблять для скорлупы своих яиц больше кальция, чем есть во всем их скелете.

Откуда же поступает этот дополнительный карбонат кальция?

Конечно, в итоге он поступает из того, чем птица питается. Если в обычном рационе птицы присутствует много кальция – как у бородачей-ягнятников, значительную часть пропитания которых составляют кости их жертв, и у хищных птиц, сов и морских птиц вроде кайры, которые глотают свою животную добычу целиком, – никаких проблем нет. Проглоченный кальций поступает из кишечника в кровоток, временно в скелет, а затем в скорлуповую железу. Если в рационе достаточное количество кальция отсутствует, то самка может задействовать кальций из своего скелета, но это свойственно лишь немногим видам птиц. Исландский песочник – один из них, но здесь самка располагает запасами кальция, достаточными лишь для двух из четырех яиц ее кладки; остальное поступает из тех кормовых объектов, которые она может найти в те дни, когда в ее яйцеводе происходит образование яичной скорлупы {35} .

35

Reynolds, Perrins, 2010.