Фізики назвали можливу причину похибки при сортуванні курячих яєць за допомогою оптичних методів, тобто «просвічування» яйця. Шкаралупа курячого яйця виявилася здатною багаторазово відбивати фотони, які потрапляють всередину яйця, забезпечуючи практично рівномірне розсіювання світла всередині, що й може призводити до похибки. Урахування ефекту багаторазового відбивання може допомогти точніше визначати якість, заплідненість і, можливо, стать ембріонів у яйцях без їхнього руйнування. Дослідження опублікували у журналі Newton.

Яйце під звичайним освітленням (зліва), і після просвічування пучком світла — порожнього яйця (по центру) та з усім вмістом (справа). Vamshi Damagatla

Чому виникла потреба у вдосконаленні методів сортування яєць?

Європейські інкубаторії щороку інкубують близько восьми мільярдів курячих яєць. До восьми відсотків з них зрештою виявляються незаплідненими, а ще з 320 мільйонів яєць вилуплюються курчата-самці, яких після визначення статі знищують. Збитки, спричинені вибраковкою настільки значні, що учені навіть вивчали можливість створення генномодифікованих курей, які давали у потомстві лише курочок. Для оцінки заплідненості яйця та визначення статі ембріона давно намагаються застосувати оптичні методи, однак, їхня точність досі лишається меншою за бажану для промислового використання. З’ясувати, що ж відбувається з частинками світла всередині цілих курячих яєць, вирішила група дослідників з Нідерландів та Італії.

Як вивчали поширення світла у яйцях?

Для дослідження поведінки світла всередині яєць дослідники вони використали часову дифузну оптичну спектроскопію — метод, який вимірює, скільки часу фотони проводять у зразку перед тим, як вийти назовні. У біологічних тканинах цей метод дозволяє оцінити поглинання і розсіювання світла. Виявилося, що у ділянках яєць зі слабким поглинанням світло затримувалося неочікувано надовго — до 6–8 наносекунд. Досліди з оптичними фільтрами та експерименти з видаленням шкаралупи показали, що цей ефект викликаний властивостями самої шкаралупи, а не кольоровими пігментами, що можуть у ній міститися.

Щоб розрізнити впливи шкаралупи та вмісту яйця, дослідники зробили «фантоми» — порожні шкаралупи, які наповнювали рідинами з відомими оптичними властивостями. Експерименти з ними показали, що світло не просто рухалося вздовж поверхні шкаралупи, а багаторазово проходило через внутрішній об’єм яйця через те, що фотони, які потрапляли всередину, багаторазово відбивалися від його внутрішньої поверхні — внутрішню відбивну здатність шкаралупи автори оцінили приблизно у 91 відсоток. Тобто, яйце виявилося природною інтегрувальною сферою — структурою, що забезпечує рівномірне розсіювання світла, що проникає всередину. Дослідження інкубованих яєць показало, що у результаті появи кровоносних судин, гемоглобіну та розвитку ембріональних тканин відбувається зростання як поглинання, так і розсіювання світла, що потенційно вказує на можливість використання оцінки розсіювання світла для визначення розвитку ембріона та статі майбутнього курчати.

Навіщо шкаралупі такі оптичні властивості?

Дослідники припускають, що здатність шкаралупи до розсіювання світла може відігравати якусь роль у захисті ембріонів від ультрафіолетового випромінювання, або ж у підтримці внутрішньої температури яйця. Однак, ці припущення іще потрібно перевірити.

Відкритий ефект пояснює велику похибку, яка виникає при використанні інших оптичних методів визначення стану зародка, і водночас відкриває шлях до точніших неінвазивних методів оптимізації виробництва яєць.

  • Освітлення яєць впливає на формування нервової системи курей — виявилося, що від нього залежить розподіл функцій між двома півкулями мозку курчат.
  • А загалом, яєчна шкаралупа зацікавила фізиків не лише оптичними, а і механічними властивостями. Зокрема, дослідження того, як б’ються яйця, вчені планують використати для удосконалення інженерних та захисних конструкцій.