Trước khi được đẻ ra, trứng chim hình thành một vỏ cứng giàu canxi với 3 lớp chính. Những lớp này mỏng từ trong ra ngoài, phù hợp với quá trình phát triển của chim non, và canxi từ vỏ quả trứng sẽ dần chuyển vào xương của chim non.
Bây giờ, các nhà phát khoa học hiện ra vỏ trứng có cấu trúc nano. Cấu trúc này đóng vai trò quyết định đối với độ cứng của vỏ.
Theo giáo sư Marc McKee của đại học McGill (Canada): “Mọi người đều nghĩ vỏ trứng rất mỏng manh, nhưng trên thực tế, với độ mỏng của mình thì chúng cực kì cứng, cứng hơn cả một số kim loại. Khi xem xét ở mức độ phân tử, chúng tôi thực sự hiểu rõ cách một vỏ trứng được hình thành và phân giải”.
Trong bài viết đăng trên tạp chí Science Advances, giáo sư McKee và đồng nghiệp đã mô tả cách họ xem xét cấu trúc vỏ trứng bằng cách tập trung vào vai trò của một chất protein có tên gọi osteopontin. Chất này được tìm thấy trong khắp vỏ và được cho là rất quan trọng trong tổ chức cấu trúc khoáng chất.
Dùng một số kỹ thuật hiển vi kết hợp với công nghệ chùm ion hội tụ (focused ion beam- FIB) để xem xét các phần trong vỏ trứng, nhóm nghiên cứu có được 3 phát hiện.
Thứ nhất, tất cả 3 lớp của vỏ đều được hình thành từ một dãy các khu vực cực nhỏ chứa khoáng chất chứa canxi dạng tinh thể.
Thứ hai, ở lớp ngoài có các khu vực nhỏ và được xếp gần nhau hơn, với cấu trúc nano càng ở lớp trong càng lớn. Mức osteopontin ở lớp trong cùng là thấp nhất.
Thứ ba, lớp ngoài của vỏ cứng hơn vì có cấu trúc nano nhỏ nhất, càng di chuyển vào trong thì càng mềm.
Theo nhóm nghiên cứu, osteopontin dường như đã tạo ra một loại “giàn giáo” để sắp xếp khoáng chất chứa canxi, khiến vỏ có cấu trúc nano quyết định độ cứng.
 |
| Nồng độ osteopontin cao cho ra cấu trúc nano nhỏ hơn - Ảnh: The Spruce |
Lý thuyết này được hỗ trợ bởi những thí nghiệm. Ông McKee cho biết: “Nếu không cho osteopontin vào, bạn sẽ có một tinh thể canxi khổng lồ (calcium carbonate), còn nếu cho vào, nó sẽ làm chậm quá trình lại. Nồng độ osteopontin cao cho ra cấu trúc nano nhỏ hơn”.
Sau đó, nhóm nghiên cứu tiếp tục xem xét trứng gà đã thụ tinh và được ấp trong 15 ngày. Cấu trúc nano của lớp ngoài cùng không đổi, nhưng cấu trúc nano ở các lớp trong đã nhỏ đi về kích thước. Theo ông McKee, đây là kết quả của quá trình calcium carbonate bị tan rã trong môi trường acid và được xương gà con hấp thu. Quá trình này có thể được hỗ trợ bởi cấu trúc nanon làm tăng diện tích bề mặt của khoáng chất chứa canxi. Nhờ vậy mà vỏ trứng yếu đi, nứt ra và gà con nở ra.
Giáo sư McKee đánh giá phát hiện mới này có thể hữu ích trong việc thiết kết những vật liệu nhân tạo mới. Theo ông: “Chúng ta nên tạo ra các vật liệu, lấy cảm hứng từ tự nhiên và sinh học, bởi vì thật khó để có hàng trăm triệu năm tiến hóa để hoàn thiện một thứ gì đó”.
Theo một thế giới