鸡蛋壳那么坚硬，小鸡是怎么顶破蛋壳的呢？-SAT阅读自然科学背景知识

想知道TD SAT教研组的教研实力硬核到什么程度么？想知道未来SAT阅读的文章考哪些话题和文章么？快看我们为大家准备的一篇自然科学干货文， 提前了解这些重点话题的背景知识十分重要，特别是对于即将参加今年SAT的同学来说价值非常大哦 ~ 为什么我们人想从鸡蛋外面想把鸡蛋壳压出个裂缝来很不容易，而脆弱的小鸡从里面反而可以顶破鸡蛋呢？ 包裹在小鸡胚胎外的鸡蛋壳的结构到底是怎么样的，这个问题一直很难搞明白。不过科学家们最近已经自己聚焦于研究这个问题，做出了一些发现，揭示了蛋壳（在孵化过程中）是怎样变化，使得小鸡可以破壳而出的。 鸡蛋从母鸡体内下出来之前，蛋壳是一个钙含量高的坚硬三层结构。之前，科学家们已经知道，小鸡在蛋壳内发育的过程中，会不断吸收蛋壳中的钙，蛋壳会由内到外逐渐变薄，但是微观到分子层面，这一个过程到底是怎样进行的，科学家们一直没有搞明白。 现在一位叫麦克基的加拿大科学家和同事们经过研究发现，蛋壳中包含一种纳米结构，正是这种结构使得蛋壳坚硬。 麦克基说：“所有人都认为蛋壳很脆弱，英语中还有一个’在蛋壳上行走’的俗语。其实我们发现薄薄的蛋壳其实特别坚硬，比有些金属还要坚硬”。 麦克基的团队主要是通过聚焦于研究一种叫“骨桥蛋白”（osteopontin）的蛋白质的作用来研究蛋壳的硬度的。 麦克基还说：“蛋壳、牙齿、骨头这三样东西的外观差异很大，但其中都有这种叫“骨桥蛋白”的蛋白质。我们认为正是这种蛋白质帮助了蛋壳完成矿物质化，从而使得蛋壳组织具备了其特性（“坚硬”）。 蛋壳中既包含无机物（含钙矿物质），也包括有机物（大量蛋白质）。蛋壳是出了名的难研究，因为它太容易碎了。麦克基团队使用了一系列电子显微镜技术，还有一种非常尖端的“聚离子束”的技术来制作蛋壳的薄切片。 在使用了上述技术以后，科学家们终于发现，蛋壳的三层这种都包括一排挤满了含“骨桥蛋白”、含钙结晶矿物质（纳米结构）的区域。 这个团队还利用高级成像技术发现，蛋壳的最外一层所包含的纳米结构排列更紧密一些，该纳米结构占用的区域要小一些。蛋壳越是靠里面的一层，其所包含的纳米结构排列就越稀疏。蛋壳最里面那一层，其所包含的纳米结构排列最稀疏，其骨桥蛋白含量也就最低。 麦克基说：“蛋壳最外层较硬，因为其所含（纳米结构）排列最紧密，而蛋壳内层较软。” 这个团队认为，“骨桥蛋白”就像是一种框架结构，引导着含钙矿物质的排列，从而影响蛋壳各层的硬度。用建房子来打比方，“骨桥蛋白”就像钢筋框架结构，含钙矿物质就像水泥。 以上研究都是用显微镜观察蛋壳。科学家们又想从一个反方向来验证他们的发现，即在实验室做实验，用和蛋壳类似的物质原料，看看能不能人工造出蛋壳来。结果发现，在一个试管中，如果不添加“骨桥蛋白”，矿物质结晶的速度过快，只能制成一大块方解石（即碳酸钙）那样，跟蛋壳完全不一样。在另一个试管中，添加了“骨桥蛋白”，矿物质结晶的速度会放慢，骨桥蛋白会镶嵌到矿物质里面去，最后就能制成薄而坚硬的像蛋壳一样的东西。这就验证了科学家的观测和给出的理论解释：其关键作用的，确实是“骨桥蛋白”。 然后科学家们又找了些已经被孵了15天的鸡蛋来研究。这些鸡蛋和刚下下来的鸡蛋不同之处在于，虽然蛋壳最外一层所含的纳米结构没有变化，但中间一层和最里面一层的纳米结构已经变小了。在孵化过程中，蛋壳中的碳酸钙在酸性环境下被溶解了，被用于小鸡造骨头用了。在这一过程中，蛋壳变软了，小鸡以后就可以从里面顶破蛋壳。 关于“骨桥蛋白”在蛋壳结构所起的作用是不是就这么确定，还需要进一步研究，看看有没有什么问题。不过目前取得的研究结果，已经对研究新型人造材料、食品安全等领域有所启发。 从大自然中借鉴一些东西，是我们应该做的。因为人的智慧很难超过大自然，生物进化了多少亿年了，一直都在完善自己，进化成现在这样，肯定是有道理的。 有这么一个情况。在自然的情况下，有10%到20% 的鸡蛋会自己出现破裂，如果人没注意，吃了这种破裂了的鸡蛋，就会导致沙门氏菌中毒。现在我们搞清楚了蛋壳中矿物质是怎样让蛋壳坚硬的机制，有利于我们优选出母鸡，让它们下的蛋的蛋壳强度越来越坚硬，从而避免因蛋壳自己破裂而导致人中毒的事件发生。

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