Одним из первых, кто понял, что поры в яичной скорлупе представляют собой открытую дверь для микробов, был Джон Дэви, с которым мы уже встречались ранее и который в 1860-х гг. писал, что при вскрытии яйца, которое двадцать два дня находилось под курицей, «обнаружил, что его внутренняя пленка частично покрыта плесенью (Mucor mucedo), споры которой проникли предположительно сквозь foramina [поры] в оболочке [скорлупе]»{190}.
В 1970-е гг. Рон Борд подтвердил, что самый наружный слой скорлупы яйца – основной барьер, предотвращающий проникновение микробов через поры. Поступив в Бристольский университет в 1950-е гг., он защитил в Эдинбурге докторскую диссертацию по бактериальному заражению куриного яйца, а затем получил должность преподавателя во вновь учрежденном Университете Бата. Представляясь как «деревянный по фамилии, но не по природе»[39], он считал себя «микробиологом на службе продовольственной безопасности». Это звучит не так уж увлекательно, но на самом деле он очень интересовался зоологией и получал удовольствие от содержания в своем саду декоративной и водоплавающей домашней птицы. Во многих отношениях Рон Борд был воплощением успешного естествоиспытателя 1960-х и 1970-х гг. Он щеголял в твидовом жакете, попыхивая курительной трубкой, и получал удовольствие от научной свободы и щедрого финансирования, которые были специфичным явлением той золотой эры, увенчавшейся в его случае несколькими фундаментальными открытиями, связанными с яйцами диких птиц{191}. Поворотный момент в карьере Борда настал летом 1973 г., когда он исследовал поверхность нескольких яичных скорлупок с помощью растрового электронного микроскопа.
Сканирующий (растровый) электронный микроскоп (СЭМ), изобретенный в 1930-х гг., до самой середины 1960-х гг. не был из-за своей дороговизны коммерчески доступной и обыденной частью инструментария научных и технических кафедр университетов. СЭМ дает завораживающе красивые и наглядные трехмерные изображения, и Борд легко отвлекся от направления своих исследований.
Прежде чем описывать результаты работы Борда, нам следует вернуться в начало пути и задержаться на поверхности яйца. Исследования 1840-х гг. показали, что внешний тонкий слой на скорлупе куриного яйца образован органическим материалом, который позже назвали кутикулой{192}. Похожая органическая кутикула белкового строения встречается на яйцах других птиц вроде тинаму, киви и якан. В противоположность им поверхность яиц морских птиц, в том числе олуш, бакланов и пеликанов, а также кукушек гуира, фламинго и поганок, состоит из неорганического материала, в том числе солей кальция{193}. В действительности же существует два типа кальция: растворимая форма карбоната кальция, известная как фатерит, и более устойчивый фосфат кальция. Поскольку самый наружный покров яйца может быть либо органическим (как кутикула), либо неорганическим (соли кальция), для обозначения обоих этих типов покрова было решено использовать термин «дополнительный материал скорлупы»[40] (shell accessory material; ДМС/SAM). Независимо от того, является ли этот внешний покров органическим или неорганическим, толщина слоя ДМС, которая варьирует от 30 мкм у змеешейки до 60 мкм у олуши, составляет около 11 % от общей толщины скорлупы{194}.
Борд исследовал яичную скорлупу у самых разнообразных видов птиц и заметил, что у тех из них, которые откладывают и высиживают яйца во влажных или загрязненных местах, вроде поганок и фламинго, поверхность яиц необычна. Используя возможности сильнейшего увеличения СЭМ, удалось установить, что она покрыта массой крошечных сфер, каждая диаметром всего лишь около половины микрона.
Уже тогда было известно, что на скорлупе яиц разных водяных птиц имеется необычный налет – иногда порошкообразный, иногда меловой, а иногда восковой, – и в 1960-х гг. один из моих орнитологических кумиров, Дэвид Лэк, директор Института полевой орнитологии имени Эдварда Грея в Оксфорде, предположил, что назначение этих наслоений состоит в том, чтобы сделать поверхность яиц водоотталкивающей. Однако, как заметил Борд, Лэк не сумел объяснить, почему водоотталкивающие свойства могли быть важными в этих условиях{195}.
На самом деле Дэвид Лэк должен был понимать, что эмбрион не сможет дышать, если поры в скорлупе покрыты или заполнены водой. Чего он знать не мог, это того, как именно приобретались водоотталкивающие свойства, поскольку это как раз то, что открыл Борд. По его словам, «никто, по-видимому, не писал о том, что погружение яиц в воду приводит к удушью эмбрионов, но опыт промышленного птицеводства не оставляет сомнений: попадание в несколько пор загрязненной воды – это первый шаг в процессе, приводящем к порче яиц»{196}.
Здесь мы видим намек на то, что потенциально опасным для водяных птиц было не просто удушье. Опасность представляло также заражение яиц микробами. В одной из своих первых статей Борд изложил суть проблемы: яйца могут быть инфицированы бактериями, и их путь внутрь пролегает сквозь поры яйца. Микроорганизмы успешнее всего переносятся водой, поэтому именно водоотталкивающие свойства яичной скорлупы не позволяют микробам проникнуть внутрь. Однако яйцо должно приобрести водоотталкивающие свойства таким способом, который позволил бы эмбриону дышать внутри него (весьма похоже на биологический вариант ткани гортэкс[41]). Борд выяснил, что это достигается путем покрытия отверстий пор дополнительным материалом, и успешнее всего – слоем микроскопических сфер. Как мы видели в главе 2, в результате формируется поверхность, которая благодаря своей физической природе оказывается несмачиваемой.
Борд знал, что яйца обладают второй линией обороны, помимо кутикулы. Это пленка подскорлуповой оболочки, ультратонкая сетчатая структура, которая, как считается, действует наподобие сети для ловли бактерий{197}. Подскорлуповая оболочка – не непреодолимый барьер: некоторым бактериям удается проделывать отверстия в этой волокнистой оболочке, проникая через которые они получают доступ к следующему слою – белку, окружающему зародыш. Это хороший пример продолжающейся гонки вооружений между микробами и структурами, призванными защищать от них птичьи яйца.
С начала 1900-х гг. было известно, что культуры некоторых бактерий (виды рода Bacillus) не в состоянии расти на яичном белке. Это наглядно демонстрирует тот факт, что если вы оставите каплю белка в блюде на два или три месяца, в ней так и не заведутся бактерии. Это был первый признак присутствия в белке чего-то необычного, и Александр Флеминг, известный благодаря открытию им пенициллина, в 1922 г. установил, в чем тут дело[42]{198}. Яичный белок содержит фракцию, разрушающую ткани бактерий, которую ученый назвал лизоцимом, от слов lysis – разрушать (в данном случае клеточные стенки бактерий) и zyme – фермент. С тех пор лизоцим был обнаружен в слезной жидкости и в слюне человека и прочих млекопитающих, а также в некоторых других жидкостях тела, где важны его антисептические свойства{199}. Но лизоцим – лишь один из нескольких антимикробных белков в составе яичного белка. Уже к сороковым годам прошлого века были идентифицированы не менее пяти белков, способных останавливать рост микробов. К 1989 г. это число выросло до тринадцати; а затем, с появлением в начале XXI столетия новых технологий вроде протеомики[43], в яичном белке удалось обнаружить более ста антимикробных фракций белков, и представляется весьма вероятным, что значительно большее число их вариантов еще предстоит открыть{200}.
Рис. 8. Четыре типа белка и их расположение в птичьем яйце. Из кн.: Romanoff, Romanoff, 1949
Давайте рассмотрим яичный белок более подробно. На первый взгляд здесь мало что бросается в глаза, но, если разбить свежее куриное яйцо на блюдце, сразу становится очевидным, что белок не однороден. Не менее четырех типов белка образуют столько же концентрических слоев внутри скорлупы. Если бы мы на мгновение получили техническую возможность двигаться снаружи внутрь яйца, то прошли бы сначала сквозь самый наружный жидкий слой (23 % всего объема белка). За ним следуют плотный вязкий слой (57 %), внутренний жидкий слой (17 %) и, наконец, прилегающий к желтку и окружающий его более плотный градинковый слой (3 %). Вероятно, именно этот внутренний слой, выделяемый воронкой яйцевода, образует тонкие нити на противоположных сторонах яйцеклетки, которые, перевиваясь с другими нитями, образуют две халазы[44]. Это белые аморфные волокнистые частицы, которые мы видим, когда разбиваем яйцо, но чаще всего ощущаем их на языке, когда едим яичницу, как клейкие узловатые комки. Халазы образуются, когда яйцеклетка опускается по скрученной белковой области яйцевода. Их назначение – поддерживать желток внутри белка, и они справляются с этим, потому что один конец каждой халазы прикреплен к самой яйцеклетке (при помощи градинкового слоя белка), а другой прочно закреплен в слое плотного вязкого белка, непосредственно прилегающего к подскорлуповой пленке на остром и тупом концах яйца. Халазы позволяют желтку вращаться, когда яйцо поворачивается таким образом, чтобы эмбрион всегда оставался на вершине желтка и во внутреннем жидком слое белка