You are viewing shkrobius

Quizzing the Anonymous - О молоке и яйцах. 1.
April 12th, 2014
07:31 pm

[Link]

Previous Entry Add to Memories Share Next Entry
О молоке и яйцах. 1.
По опыту прошлого года я понял, что спрашивать, откуда взялась яичная скорлупа или, скажем, молоко, лучше не надо: это воспринимается исключительно как изощренная вылазка классового врага и подрыв единственно верного учения. Крепкая вера в науку не должна омрачаться пустыми умствованиями.

Очень жаль – потому что и то и другое представляет интересную загадку, и сам я лишь пару недель осознал (запивая молоком яичницу, представьте себе), насколько одно тесно связано с другим. Над таким вопросом интересно подумать самому более, чем услышать чужой ответ. Да и ответ можно найти, только поняв самому в каком направлении следует думать. Теорий возникновения лактации за сотню будет, и большинство из них не стоят выеденного яйца.

Я подумал так: в какой-то момент произошел переход от земноводных, откладывающих яйца в воде, к амниотам, которые жизненный цикл проводят на суше; это колоссальное преимущество. Для этого необходимо предохранить яйца от высыхания.

В самом общем виде такая задача может решаться двумя способами. Один способ - физический барьер для потери воды. Второй - создание искусственной среды для яйца. Один способ ведет к куриному яйцу, другое к неведомой зверушке: курице, носящей яйца в наполненной водою сумке. Проблема в том, что эволюция не знает про то, что и как "надо". Рациональная необходимость скорлупы ее происхождение, увы, никак не проясняет; она только указывает, в чем было бы преимущество, если оно каким-то образом возникло. Однако, можно вообразить сл. сценарий. В начале были сумчатые куры, в чьих сумках созревали нежные яйца - это простейшее решение земноводной проблемы. Яйца сумчатых кур имели проницаемые оболочки, и это создало интересную возможность: через нее можно было доставлять для растущего эмбриона кислород, питательные вещества и кальций, необходимый для развития скелета. Такая жидкость заодно содержала бы антибактериальные агенты, чтобы яйца не тухли.

Что мы получаем, соединив эти компоненты вместе? Правильно - получаем молоко. Вероятно, молоко возникло не для питания живорожденных детенышей, а для питания проницаемых яиц сумчатыми курами. Должно быть, мы потомки этих давно вымерших сумчатых кур.

Тут меня осенило, что и нашенские куры должны происходить от тех сумчатых кур, т.к. только в сумке мог постепенно возникнуть процесс кальцификации на поверхности яйца. Можно даже представить себе, как это произошло: сбой механизма доставки кальция внутрь яйца. Скорлупа - странная штука: она пассивный барьер для диффузии пара воды, но она и барьер для газообмена; эмбриону же необходим кислород. Эта та же проблема, что в устьицах растений. Размеры молекул кислорода и воды почти одинаковы, их газообмен одинаков. Физически невозможна доставка кислорода внутрь яйца, которая не приводила бы к потерям воды. Мало того, чтобы шел перенос кислорода, необходим градиент (т.к. система полностью пассивная), т.е. чтобы туда заходил кислород, эмбрион должен поддерживать гипоксию внутри, замедляя метаболизм. Невозможно выработать такую систему с нуля, она должна возникнуть как естественный и постепенный процесс. Созревание яйца в сумке сумчатой курицы - такой естественный процесс. Две стратегии, вероятно, возникли как одна и лишь потом разделились.

Про яйца - как-нибудь в сл. раз, а с молоком, я, возможно, догадался верно. Оказалось, за последние лет пять яичное происхождение молока - мейнстрим. Вот пара обзоров на эту тему
https://dl.dropboxusercontent.com/u/43807687/biology/Milk%20%26%20Eggs/Oftendal%20Milk%201.pdf
https://dl.dropboxusercontent.com/u/43807687/biology/Milk%20%26%20Eggs/Oftendal%20Milk%202.pdf
Первый обзор короче, второй дает больше деталей.

...Lactation represents an important element of the life history strategies of all mammals. Milk originated as a glandular skin secretion in synapsids (the lineage ancestral to mammals), perhaps as early as the Pennsylvanian period, that is, approximately 310 million years ago (mya). Early synapsids laid eggs with parchment-like shells intolerant of desiccation and apparently dependent on glandular skin secretions for moisture. Mammary glands probably evolved from apocrine-like glands that combined multiple modes of secretion and developed in association with hair follicles. Comparative analyses of the evolutionary origin of milk constituents support a scenario in which these secretions evolved into a nutrient-rich milk long before mammals arose. A variety of antimicrobial and secretory constituents were co-opted into novel roles related to nutrition of the young. Secretory calcium-binding phosphoproteins may originally have had a role in calcium delivery to eggs; however, by evolving into large, complex casein micelles, they took on an important role in transport of amino acids, calcium and phosphorus. Several proteins involved in immunity, including an ancestral butyrophilin and xanthine oxidoreductase, were incorporated into a novel membrane-bound lipid droplet (the milk fat globule) that became a primary mode of energy transfer. An ancestral c-lysozyme lost its lytic functions in favor of a role as a-lactalbumin, which modifies a galactosyltransferase to recognize glucose as an acceptor, leading to the synthesis of novel milk sugars, of which free oligosaccharides may have predated free lactose. An ancestral lipocalin and an ancestral whey acidic protein four-disulphide core protein apparently lost their original transport and antimicrobial functions when they became the whey proteins beta-lactoglobulin and whey acidic protein, which with alpha-lactalbumin provide limiting sulfur amino acids to the young. By the late Triassic period (ca 210 mya), mammaliaforms(mammalian ancestors) were endothermic (requiring fluid to replace incubatory water losses of eggs), very small in size (making large eggs impossible), and had rapid growth and limited tooth replacement (indicating delayed onset of feeding and reliance on milk). Thus, milk had already supplanted egg yolk as the primary nutrient source, and by the Jurassic period (ca 170 mya) vitellogenin genes were being lost. All primary milk constituents evolved before the appearance of mammals, and some constituents may have origins that predate the split of the synapsids from sauropsids (the lineage leading to ‘reptiles’ and birds). Thus, the modern dairy industry is built upon a very old foundation, the cornerstones of which were laid even before dinosaurs ruled the earth in the Jurassic and Cretaceous periods.

Автор проходит через основные молочные белки и дает сценарии их возникновения в описанной выше ситуации. Более всего меня поразил пример лактозы - сахар, который встречается только в молоке (у утконосов и кенгуру это олигосахариды лактозы). Он получается из галактозы переносом глюкозы белком альфа-лактоглобулином. Этот белок похож на лизоцим, который разрушает бактериальные олигосахариды в нашей слюне и яичном белке. Датировка этого расхождения дает 310 Mya - задолго до млекопитания. Предлагается, что прото-молоко содержало лизоцимы как антибактериальные агенты, один из которых начал выполнять функцию гликотрансферазы, чтобы синтезировать необычные олигосахариды, путающие патогены

Milk oligosaccharides have antimicrobial or probiotic effects, for example by leading pathogens to ‘mistake’ free oligosaccharides for the oligosaccharide chains of the glycocaylx on apical cell membranes, and thus to fail to bind to these surfaces. Such an effect might benefit the mammary gland, an egg surface, or the digestive tract of a hatchling even before the evolution of the lactase enzymatic mechanism.

Дело пошло дальше, и сама лактоза стала использоваться для питания. Подобная трансформация произошла с другими компонентами молока; например, казеины были сначала переносчиками кальция через оболочку яиц в сумчатых курах. Интересно, что автор категорически отвергает идею, что кальцинированные яйца возникли в этих курах. Но там дело совсем темное, т.к. механизмы кальцификации очень плохо поняты.

Сколько раз я слышал дурацкий вопрос: что было в начале - курица или яйцо? Дурацкий-то он дурацкий, но это не означает, что на него не стоит отвечать.

Так вот. В начале было яйцо. И плавало оно в молоке. В сумчатой курице.

Tags:

(91 comments | Leave a comment)

Comments
 
[User Picture]
From:egh0st
Date:April 13th, 2014 12:43 am (UTC)
(Link)
хорошо что RSS быстро работает :)
[User Picture]
From:egh0st
Date:April 13th, 2014 12:51 am (UTC)
(Link)
всё-таки непонятно одно -- как можно есть яичницу и запивать её молоком? это какая-то протеиновая атака на организм получается.
разве что с целью похудеть....
[User Picture]
From:shkrobius
Date:April 13th, 2014 01:23 am (UTC)
(Link)
Если в субботу в холодильнике хозяев находятся только яйца и молока, выбор небольшой, не так ли?
[User Picture]
From:kaktus_okamenel
Date:April 13th, 2014 03:56 am (UTC)
(Link)
а омлет на молоке?
[User Picture]
From:miya_mu
Date:April 13th, 2014 01:13 am (UTC)
(Link)
Чото ржу. И ведь круглая теория, красиво и логично.
[User Picture]
From:shkrobius
Date:April 13th, 2014 01:48 am (UTC)
(Link)
Есть в ней прокол. Скорлупа, похоже, возникала много раз в разных линиях. Офтендал (корифей молочнояичной теории) на это шибко упирает в обзорах.

Является ли эти повторные возникновения независимыми событиями сказать пока нельзя, т.к. даже для домашних кур только-только начали понимать, как образуется скорлупа; не до сравнительной геномики. Как раз обзор на эту тему читал
http://www.em-consulte.com/en/article/261074
Там больше гаданий, чем понимания. Нет, не созрела еще наука для моих утренних теорий...
[User Picture]
From:areksi
Date:April 13th, 2014 04:09 am (UTC)
(Link)
Да уж, а ведь завтра день дурака по старому календарю...
В рассуждении же как-то незаметно упоминания того, что до птиц яйца вполне регулярно откладывались пресмыкающимися, как змеями (у них кожистые), так и крокодилами и динозаврами - чьими прямыми потомками и являются наши птицы ( и которые тоже имели кальцифицированную скорлупу). Впрочем, встречалось и живорождение - и у рыб, и у пресмыкающихся. Так что можно и без молока...
[User Picture]
From:andresol
Date:April 13th, 2014 04:11 am (UTC)
(Link)
Интересные вопросы вы ставите, но мне при чтении ваших постов постоянно вспоминается третьестепенный персонаж "Мертвых душ" Кифа Мокиевич:
"Семейством своим он не занимался; существованье его было обращено более в умозрительную сторону и занято следующим. как он называл, философическим вопросом: " Вот, например, зверь, - говорил он, ходя по комнате, - зверь родится нагишом. Почему же именно нагишом? Почему не так, как птица, почему не вылупливается из яйца? Как, право, того: совсем не поймешь натуры, как побольше в нее углубишься!"
[...]а сам обращался вновь к любимому предмету, задав себе вдруг какой-нибудь подобный вопрос: "Ну а если бы слон родился в яйце, ведь скорлупа, чай, сильно бы толста была, пушкой не прошибешь; нужно какое-нибудь новое огнестрельное орудие выдумать".
[User Picture]
From:shkrobius
Date:April 13th, 2014 05:14 am (UTC)
(Link)
Не всем же править птицей-тройкой, кому-то и о скорлупе надобно подумать.
[User Picture]
From:signamax
Date:April 13th, 2014 04:38 am (UTC)
(Link)
буквально пару ассоциаций
- кальцификацией в организме занимаеются все кому не лень - чуть что плохо - один из вариантов исхода - кальцификация
кое гда она настолько часто встречается что принята как вариант нормы - скажем в мозге:)

- еще по поводу транспорта кислорода и воды
мне кажется что утверждение касается только пассивного транспорта
активный транспорт кислорода решает проблему

[User Picture]
From:signamax
Date:April 13th, 2014 04:47 am (UTC)
(Link)
-еще вопрос
скорлупу создает организм курицы как я понимаю а не организм яйца (или нет?)
если да - то это скорее механизм отгораживания от чужегодного
[User Picture]
From:shkrobius
Date:April 13th, 2014 05:25 am (UTC)
(Link)
Нет ресурсов для активного транспорта.

Кальцификация кальцификации рознь. Вся скорлупа делается за час, это беспрецедентная скорость отложения кальцита. Как это достигается плохо известно. Там очень сложная микроструктура, чтоб яйцо с трудом билось снаружи и легко изнутри. Оно должно быть настолько тонко, насколько возможно, тк кальция в диете мало. Кроме этого надо сделать поры. Надо сделать так, чтобы они служили барьером патогенам. Надо сделать так, чтобы поры несколько дней не работали, потом работали. В общем, это целое дело, механистически на обычную апоптическую кальцификацию не похоже. Во всяком случае, у кур.
[User Picture]
From:freedom_of_sea
Date:April 13th, 2014 04:38 am (UTC)

кальцинация для прочности а не для изоляции

(Link)
изолировать можно тонкой дешевой мембраной.
Кальцинирование возникло для возможности высиживания, так как большинство птиц высиживают яйца.

Кроме того, скорлупа газопроницаема, следовательно теряет воду.
[User Picture]
From:shkrobius
Date:April 13th, 2014 05:08 am (UTC)
(Link)
Совсем не обязательно. Есть теория, например, что кальцинирование первоначально возникло как способ доставки кальция эмбриону; есть ящерицы с частичной кальцинацией яиц.

Лягушки как-то обходятся без высиживания яиц, тоже мне достижение. Почитайте про слона Хортона, удовольствие ниже среднего.
[User Picture]
From:vdinets
Date:April 13th, 2014 04:54 am (UTC)
(Link)
Кальцификация скорлупы, видимо, произошла не один раз: у ранних динозавров яйца были еще кожистые, а у поздних, к которым относятся птицы, уже была твердая скорлупа. У крокодилов, однако, яйца тоже с твердой скорлупой. Хотя возможно также, что известковая скорлупа вознила еще у ранних архозавров до разделения ветвей, ведущих к крокодилам и динозаврам, а потом некоторые динозавры ее вторично утратили.

У утконосов, между тем, яйца кожистые, так что у ветви ранних рептилий, ведущей к млекопитающим, известковой скорлупы скорее всего вообще никогда не было.
[User Picture]
From:shkrobius
Date:April 13th, 2014 05:00 am (UTC)
(Link)
Верно, но если уже есть биохимический способ растить кальцит и делать поры, его можно вырубить. Приобретение - совсем другое дело. Весьма сложное и нетривиальное.
[User Picture]
From:ile_eli
Date:April 13th, 2014 04:59 am (UTC)
(Link)
че-то я не пойму. Под скорлупой есть такая тонкая пленка, она, похоже, непроницаема для воды. Зачем кальций?
[User Picture]
From:lapis_lapsus
Date:April 13th, 2014 05:17 am (UTC)
(Link)
*Должно быть, мы потомки этих давно вымерших сумчатых кур.*

Читала, что куры в сказках и притчах символизируют людей. Курень - Курия - Затворник и Шестипалый.
[User Picture]
From:shkrobius
Date:April 13th, 2014 05:44 am (UTC)
(Link)
Честно говоря, куры каменноугольного периода больше на крокодилов смахивали. Но на вкус были чистая курятина. Путь к баранине был долог и тернист, это венец эволюции.
[User Picture]
From:sozdam_sustain
Date:April 13th, 2014 05:36 am (UTC)
(Link)
Белки и углеводы - это интересно. А с жирами как? Milk Fat Globule это я понимаю, но в сливочном масле все же намного меньше фосфолипидов, чем в яичном желтке. Куда подевались залежи яичного лецитина, да и в молоке поболее эмульгатора бы не помешало, мне кажется.
[User Picture]
From:shkrobius
Date:April 13th, 2014 05:51 am (UTC)
(Link)
Но ведь это было сначала то же анамниотическое яйцо, что и у земноводных, т.е. какие-то компоненты присутствовали с момента откладывания. Офтендал не предлагает сходства состава яиц и молока, наоборот, молоко должно дополнять яйцо. А зачем побольше эмульгатора - чтобы легче сбивать было?
From:affidavid
Date:April 14th, 2014 01:45 am (UTC)
(Link)
Вообще-то можно вполне представить систему которая не мешает транспорту кислорода, но препятствует испарению воды. Например, тонкий слой парафинового масла должен это делать вполне эффективно. Я подозреваю, что даже тонкая пленка полиэтилена делает то же самое.
[User Picture]
From:shkrobius
Date:April 14th, 2014 02:21 am (UTC)
(Link)
Actually, permeability of LDPE for water vapor is 30 times that for oxygen. Perhaps you are thinking in terms of diffusion coefficients, but what matters biologically is mass transport and permeability, i.e. the product of D and solubility. Usually it is much greater for water, and only in some polymers, like natural rubber, they become comparable. Another concern is that it needs to be a lot of oxygen. Do not forget that the embryo is not metabolically different from you and I.
From:ljlezer
Date:April 16th, 2014 03:39 pm (UTC)
(Link)
У меня вопрос про молоко, хотя и не совсем по теме. Почему молоко, восстановленное из обезжиренного сухого, слывет в растениеводческой практике неплохим противовирусным дезинфектантом для всяких режущих инструментов? За счет чего? Как-то это удивительно.
[User Picture]
From:shkrobius
Date:April 16th, 2014 09:54 pm (UTC)
(Link)
Не знаю, никогда о таком не слышал...
My Website Powered by LiveJournal.com