Wie befreit sich das Küken in die Welt? Forscher sind dem Geheimnis der Eierschale auf der Spur.
Wien. Umgekehrt wäre es blöd. So aber funktioniert es. Wissenschafter haben entdeckt, warum Eierschalen von außen stabil sind, jedoch von innen ganz leicht durchbrochen werden können. Es liegt nicht nur am spitzen Eizahn, mit dem sich das Küken ein Loch ins Leben peckt, sondern auch an der Bauweise der Schale.
Das Hühnerei bietet den größtmöglichen Schutz beim kleinstmöglichen Aufwand. Im Nest wird es zwar herumgeschubst, doch seine Form leitet Schläge und Stöße ab. Es bedarf ziemlich viel Kraft, um die fragil anmutende Schale aus Kalzium, Mineralen und Eiweiß kaputtzumachen. Sie ist von einer doppelschichtigen, glänzenden Oberhaut umhüllt, die zum Großteil aus Eiweiß besteht. Die Haut wirkt antibakteriell, damit Erreger draußen bleiben. Sauerstoff aus der Luft darf jedoch durch ihre Poren hinein, ebenso wie das Kohlendioxid des Embryos das Ei verlassen darf. Unter der Oberhaut liegt eine Schicht Kalzium-Karbonat, deren Fasern wie eine Matte dicht miteinander verwoben sind. An der Innenseite ist die Kalkstruktur hingegen locker und körnig, damit das Küken mit dem Material seine Knochen aufbauen kann.
Das kleine ovale Ei enthält alle Nährstoffe, die das Junge braucht, um binnen 21 Tagen heranzuwachsen. Nicht zu weich und nicht zu hart, bietet es bis zum Schlüpfen bruchsicheren Schutz - ähnlich wie eine Raumkapsel einem Astronauten im All.
Nanostrukturen
Doch wie befreit sich ein kükenhafter Astronaut aus seiner Eierkapsel in die Welt? Ein Team der McGill University in Kanadas Hauptstadt Montreal hat untersucht, was dieser Keimzelle der Vögel zu ihrer Perfektion verhilft.
"Eierschalen sind ein schwieriges Studienobjekt, weil sie zerbrechen, wenn sie für Analysen unter dem Elektronenmikroskop in kleine Scheibchen geschnitten werden müssen", sagt Marc McKee, Professor für Anatomie und Zellbiologie der Universität, in einer Aussendung zu der im Fachjournal "Science Advances" publizierten Studie. Dennoch konnten er und sein Team die Nanostrukturen von Eierschalen-Proben und ihre mechanischen Eigenschaften analysieren. Der Trick waren Ionenstrahlen, mit denen es gelang, die Proben doch in Streifchen zu zerlegen.
Mit einem Rasterkraftmikroskop und Röntgenbildern beobachteten die Forschenden, wie sich die Strukturen an der Schalen-Innenseite in verschiedenen Stadien der Bebrütung verändern. Wie sich zeigt, ist eine spezielle Entwicklung ausschlaggebend dafür, dass die Eierschale von einer festen Substanz am Anfang zu einer spröden am Ende der 21 Tage wird.
Erstautorin Dimitra Athanasiadou entdeckte mineralische Nanostrukturen, die sich im Laufe der Inkubationszeit verändern und dabei Osteopontin freisetzen. Das Eiweiß bildet die Grundstruktur für Knochen und ist am Ausbau und an der Erhaltung von Knochensubstanz sowie an Prozessen des Immunsystems beteiligt.
Wenn das Küken im Ei seine Knochen aufbaut, bedient es sich des Kalkvorrats im Schaleninneren. Dabei lösen sich die mineralischen Nanostrukturen und setzen das Osteopontin frei. Die Schale wird dünner und dünner, bis sie sich schließlich anpecken und durchbrechen lässt. Die winzigen Strukturen ändern sich im Laufe der gesamten Brutzeit.
Da auf den Hühnerfarmen bis zu 20 Prozent der Eier trotz ihrer perfekten Konstruktion kaputtgehen, was Salmonellen-Infektionen Vorschub leistet, wollen die Forscher nun herausfinden, ob sie die Nanostrukturen auch im Labor erzeugen können. Eine Bio-Mineralisierung könnte für die Nahrungsmittelindustrie von Nutzen sein, räumt McKee ein. Sollten Sie also beim Eierpecken gewinnen, kann das daran liegen, dass er und sein Team bereits unverwüstliche Eier herstellen.