Тим Беркхед - Самая совершенная вещь на свете [Внутри и снаружи птичьего яйца]

Возможно, самая удивительная причина, по которой белку удается сдерживать натиск микробов, – то, что в нем не содержится ничего такого, что нужно микробам или может ими использоваться: кажущаяся «несущественность» белка здесь вполне оправдывается. Он содержит мало питательных веществ, которые могли бы поддерживать жизнь микробов, а те из них, которые там присутствуют, заблокированы некоторыми разновидностями белков, которые делают их недоступными для бактерий. Для микроорганизма путешествие через белок от подскорлуповой пленки до желтка сопоставимо с попыткой человека пересечь пустыню Атакама: там нет ничего для поддержания жизни. Сложно было бы представить себе более экономный способ сдерживания бактерий и грибков. Можно было бы задуматься и о том, не определяются ли, хотя бы отчасти, количество белка в яйце и, следовательно, его размеры потребностью держать микробов подальше от желтка.

Если все сказанное выше трудно уяснить, то попробуйте сделать следующее: положите куриное яйцо набок и вырежьте острыми ножницами круглое окошечко в скорлупе размером в пару сантиметров в поперечнике. Теперь загляните внутрь. Вы увидите расположенный по центру желток, подвешенный на молочно-белых халазах и окруженный сизоватым белком. Затем представьте себе, что вы микроб-сальмонелла длиной всего лишь 2 мкм, который только что внедрился сквозь пору и двойную пленку скорлупы, но которого, словно путника, стоящего на краю пустыни, останавливает перспектива пытаться преодолеть эту последовательную цепочку из четырех обширных зон, лишенных жизни.

Однако у белка припрятаны в рукаве еще две стратегии защиты. Во-первых, это его щелочная природа (pH 9 или 10) – факт, впервые замеченный Джоном Дэви в 1863 г., которая определенно неблагоприятна для микробов. Во-вторых, многие из антимикробных составляющих яичного белка наиболее успешно работают при относительно высокой температуре, в особенности той, что поддерживается при инкубации яйца {203} 203 Davy , 1863. О роли температуры см. в работе: Борд и Третнер ( Board, Tratner , 1995), но это лишь догадка. Кислотность pH измеряется по логарифмической шкале: кислая среда = 1–2, нейтральная – 7. .

Если мы хотим узнать, насколько серьезную угрозу таят в себе микробы для птичьих яиц, и если хотим понять, как птицы преодолели риск микробной инфекции, то должны рассмотреть те их виды, которые размножаются во влажных и загрязненных условиях, где процветают микробы.

По моему мнению, искать следует среди трех следующих категорий пернатых: жителей влажных тропиков; строителей так называемых подземных инкубаторов – курообразных птиц большеногов, самки которых откладывают яйца в кучи гниющей растительности вместо того, чтобы насиживать их, используя тепло собственного тела; и кайр, которые часто высиживают свое единственное яйцо на поверхности, покрытой их пометом.

Изучение микробов в птичьих яйцах – относительно новая область исследований. Даже в 2004 г. еще не было известно наверняка, может ли микробная инфекция убивать эмбрионов в яйцах диких птиц {204} 204 Cook et al ., 2005. .

Один из ответов на этот вопрос был получен случайно. Стив Бейссингер, орнитолог из Калифорнийского университета в Беркли, решил выяснить, почему некоторые тропические птицы – в противоположность многим их видам из умеренных широт – начинают насиживать яйца сразу после того, как они их отложили. Самка откладывает по одному яйцу каждый день, а поскольку у некоторых видов кладка состоит из десятка яиц, то если бы инкубация начиналась тогда, когда отложено последнее яйцо, как это происходит у многих птиц, размножающихся в умеренном климате, то первое оставалось бы без обогрева целых десять дней до начала насиживания {205} 205 Очень редко самка может отложить два яйца в один день. Многие тропические птицы делают кладки меньшего размера, чем виды умеренных широт. . Пониженная температура окружающей среды, в которой живут птицы в областях умеренного климата, поддерживает эмбрион внутри яйца в состоянии замедленной жизнедеятельности на протяжении двух или более недель. Однако в тропиках более высокая температура окружающей среды не позволяет им находиться в этом уравновешенном состоянии замедленной жизнедеятельности. Бейссингер и его коллеги решили проверить идею о том, что тропические птицы начинают насиживать немедленно из-за того, что у их яиц более короткий срок годности, чем у птиц из умеренных широт.

Во время работы на карибском острове Пуэрто-Рико Бейссингер изучал птиц, носящих чудесное название – жемчужноглазый крикливый пересмешник, в чем-то похожих на дрозда. Идея состояла в том, чтобы перемещать недавно отложенные яйца пересмешника из теплых сухих низин в прохладные влажные высокогорья – вверх и вниз по высотному градиенту – и держать их там в течение недели перед тем, как подложить под насиживающих самок. Ожидалось, что яйца, которые держали в прохладе на большей высоте, будут иметь более долгий срок годности до инкубации.

Оказалось, что срок годности яиц пересмешника был чрезвычайно ограниченным: доля невыклюнувшихся яиц возрастала с 21 % для яиц, выдержанных один день, до 98 % для тех, что выдерживались в течение семи дней. Но, что примечательно, между яйцами, которые выдерживали описанным образом на разных высотах, никаких различий в этом плане выявить не удалось. Стало ясно, что не температура окружающей среды была наиболее важным фактором. Более того, Бейссингер и его коллеги обнаружили, что многие из яиц, выдержанных на прохладном и влажном высокогорном участке, были поражены грибковой инфекцией, которая убила эмбрионы.

Это неожиданное открытие заставило Бейссингера призадуматься. Он знал, что биологи, работающие с домашней птицей, уже затратили много усилий, изучая воздействие микробов на яйца. Он задался вопросом, могли ли полученные ими результаты помочь ему в объяснении новых данных о яйцах пересмешников. В действительности же подход Бейссингера за тридцать лет до этого предвосхитил Рон Борд: «Сравнительные исследования скорлупы… и белка… яиц других видов дают основание полагать, что принципы, полученные в ходе исследований домашней птицы, могут наверняка быть общезначимыми» {206} 206 Board, Fuller , 1974. .

В естественных условиях самки жемчужноглазых пересмешников начинают насиживание сразу после того, как отложили первое яйцо. Тепло, вырабатываемое насиживающей птицей, жизненно важно, потому что оно доводит температуру яйца до такого уровня, при котором антимикробные ферменты в белке работают, вероятно, особенно успешно. Это служит мерой контроля количества микробов, притом что инкубация поддерживает поверхность яйца еще и в сухости. И действительно, инкубация настолько эффективна, что в исследовании Бейссингера ни одно из естественно инкубируемых яиц не оказалось инфицированным {207} 207 Bessinger et al ., 2005. .