Dołącz do czytelników
Brak wyników

Pomysł na lekcję

28 marca 2019

NR 32 (Marzec 2019)

Biolog przed wielkanocą, czyli jajko w pytaniach uczniów

0 136

Jak co roku, przed Świętami Wielkiej Nocy, uczniowie poruszają temat jajek. Czas ku temu jest odpowiedni. Ich symbolika, jako zalążka nowego życia, atrybut zmartwychwstania jest dla wszystkich chrześcijan zrozumiała. O tym często mówi się na lekcjach religii. Na plastyce uczniowie patrzą na jajko jak na dzieło sztuki. Któż z nas nie zna pięknych i niebotycznie drogich jajek Fabergé, drapanek (podczas wykonywania, których zdziera się, aby uzyskać pożądany wzór, fragment zabarwionej skorupki), czy pisanek (na które rysunek nanosi się woskiem). A na biologii? Temat jajka poruszany jest przy omawianiu zagadnień dotyczących ptaków. Zapoznajemy wtedy uczniów z budową jaja kurzego. Tłumaczymy rolę tarczki zarodkowej, żółtka, białka, chalaz i komory powietrznej. Na tym się zwykle kończy. Jednak bardziej dociekliwi uczniowie na lekcjach lub kole biologicznym potrafią zadać szereg niesłychanie ciekawych pytań. Są one na tyle interesujące, że pozwoliłam sobie je zaprezentować i omówić. Niektóre mnie zaskoczyły, rozbawiły, a inne zmusiły do holistycznego spojrzenia na temat jajka. Oto one.
 

1. Pytanie: Co było pierwsze jajko czy kura?

To chyba klasyk wśród pytań dotyczących jajka. Zadawane jest ono ad hoc, bez przygotowania, jako pierwsze skojarzenie. W przypadku tak sformułowanego problemu, spodziewamy się logicznego wywodu. Aby istniała kura musi być wcześniej jajko, ale żeby to jajko zostało zniesione musiała wcześniej istnieć kura. I tak koło się zamyka i nie jesteśmy w stanie wskazać początku procesu. Tylko dlaczego nikt nie pyta o koguta? Co prawda w przyrodzie znane jest zjawisko partenogenezy, ale zachodzi ono u nielicznych gatunków. Z ewolucyjnego punktu widzenia kura domowa to podgatunek sztucznie wyselekcjonowany przez człowieka. Jego pochodzenie nie jest do końca wyjaśnione. Sądzi się, że dzikim przodkiem jest ptak o nazwie kur bankiwa, ewentualnie jest to krzyżówka dwóch ptaków: kura bankiwa i kura siwego. Istniały więc wcześniej dorosłe osobniki, będące „ojcem i matką” jajka, z którego wylęgła się pierwsza kura domowa. Z tego punktu widzenia jajko było pierwsze. Jednak na proces można spojrzeć szerzej. Jeśli mamy tu szukać ciągu przyczynowo – skutkowego, to pamiętajmy, że jajko można traktować jak komórkę jajową. Jest to specyficzna komórka, powstająca w jajniku samic, z której po zapłodnieniu rozwija się zygota, a później zarodek. W oocycie, tak jak w innych komórkach jest jądro z materiałem genetycznym, mitochondria, aparat Golgiego, siateczka śródplazmatyczna. Dokonując bardzo dużego skrótu myślowego, możemy powiedzieć, że aby w toku ewolucji powstały komórki rozrodcze, wcześniej musiały istnieć organizmy macierzyste posiadające zdolność ich wytwarzania. To one, jako dorosłe osobniki, inicjowały proces „powstawania potomstwa”. Już u najprostszych organizmów jednokomórkowych, w pewnym momencie ich funkcjonowania, ciało ich staje się komórką rozrodczą. Aby więc powstało potomstwo, wcześniej musiał istnieć organizm dorosły (czytaj: aby powstało jajko, wcześniej musiała istnieć kura). I tak pytanie o pierwszeństwo nadal pozostaje otwarte.  

2. Pytanie: Dlaczego jajko ma kształt jajka? 

Na kształt jajka wpływa kilka czynników. Po pierwsze podczas powstawania i znoszenia musi się ono przesuwać przez jajowód kury. Jeśli będzie ono węższe z jednej strony to ułatwi to proces przemieszczania. Nasuwa się logiczne pytanie: „To dlaczego jajko nie ma kształtu torpedy?” Wtedy jeszcze sprawniej by się poruszało. Musimy pamiętać, że proces powstawania jajka zaczyna się w jajniku. W nim powstaje żółtko, a ono ma kształt kuli. Dopiero później dobudowywane są kolejne warstwy. Następuje to w jajowodzie. Kształt jajka to więc kompromis między kulistą strukturą, którą wymusza żółtko, a opływową elipsą, na którą wpływ ma aerodynamika ruchu. Dlatego jajka różnych ptaków mają odmienny kształt. Bywają nieco bardziej okrągłe (np. u myszołowa, puchacza), stożkowate (np. u nura, brodźca) oraz dwustożkowe (np. u perkoza). Po drugie jajko musi być wytrzymałe. Samica (lub u niektórych gatunków ptaków również samiec) wysiadując jajko naciskają na nie. Podlega ono również różnego rodzaju uderzeniom, gdy rodzic wychodzi z gniazda. Patrząc na to zagadnienie z punktu wiedzenia fizyki, okazuje się, że niektóre przedmioty o kształcie brył geometrycznych wykazują większą, a inne mniejszą odporność na takie czynniki. Walec i kula, ze względu na duże naprężenia w ścianach, są mało odporne na działające na nie siły. Nieco lepiej wytrzymują obciążenia ciała w kształcie stożka. Najodporniejsze okazują się przedmioty o kształcie elipsy. Jak wytrzymałe jest jajko możemy przekonać się wykonując następujące doświadczenie. Kilka jajek (np. dwa lub trzy) ustawiamy w wytłaczance węższą końcówką do góry. Kładziemy na nie niewielki kawałek szkła, a na nim stopniowo układamy książki (fot. 1).
 

Fot. 1. Badanie wytrzymałości jajek książki ustawione na jajkach



W ten sposób sprawdzamy jaką masę mogą utrzymać jajka zanim pękną. Uczniowie są zaskoczeni wynikami takiego badania. Rzadko kto sądzi, że skorupka jest aż tak odporna na zgniatanie. Już dawno zaobserwowano, że ciała o kształcie elipsy są bardzo wytrzymałe. Postanowiono więc wykorzystać tę właściwość w architekturze. Tak zaprojektowano kopułę. Zastosowanie takiego sklepienia w budynku zwiększa jego kubaturę. Staje się on bardziej przestrzenny i nabiera wizualnej lekkości. Problemem była tylko stabilność konstrukcji. Kopuła nie ma na środku podparcia, więc cały ciężar spoczywa na ścianach. Gdy sklepienie próbowano wykonać ze zwykłych, prostopadłościennych cegieł, bardzo szybko zapadało się. Dopiero wykorzystanie cegieł lub ciosanych kamieni w kształcie klinu (tzw. klińców) rozwiązało problem. Dzięki temu możliwa była budowa pięknych katedr np. Bazylika Świętego Piotra w Watykanie (fot. 2).

 

Fot. 2. Bazylika św. Piotra



3. Pytanie: Jeżeli jajko jest tak wytrzymałe to jak pisklę się z niego wydostaje?

Skorupka jajka kurzego ma grubość ok. 0,2 – 0,5 mm. Składa się ona głównie z węglanu wapnia (94%), białka (3%), fosforanu wapnia (1%), węglanu magnezu (1%) oraz tłuszczu (1%). Zanim pisklę ptaka się wy­kluje, już kilka dni ub godzin wcześniej (czas zależy od gatunku), zaczyna popiskiwać. Dodatkowo może uderzać w skorupkę. Rodzice odpowiadają na te sygnały. W ten sposób nawiązuje się „znajomość” między rodzicami a potomstwem. Stukanie i drapanie jest delikatne, ponieważ ani dziób, ani pazury nie są jeszcze na tyle rozwinięte, aby mogły rozbić skorupkę jajka. Do tej czynności zostanie wykorzystany tzw. ząb jajowy (fot. 3.). I tutaj znowu pojawia się fizyka. Ząb ten to rogowa narośl na dziobie. Jest on ostro zakończony. Gdy następuje uderzenie w skorupkę, siła działa na niewielką powierzchnię. Daje to dosyć duże ciśnienie. Po licznych uderzeniach otoczka jajka pęka i pisklę może wyjść na zewnątrz. Proces wykluwania się (mimo użycia zęba jajowego) jest długi i wyczerpujący. Pisklę, aby sobie dodatkowo pomóc, wierci się i obraca. W ten sposób zarysowuje wnętrze skorupki i ją osłabia. Po wyjściu ząb jajowy jest już niepotrzebny, więc odpada po kilku godzinach lub dniach.

 

Fot. 3. Wykluwanie pisklęcia


4 . Pytanie: Czym się pisklę odżywia i jak oddycha będąc w jajku? 

Zazwyczaj, gdy na lekcji proszę o podanie struktury, z której powstanie zarodek, uczniowie odpowiadają, że z żółtka. Natomiast białko, to ta część jajka, którą wskazują jako główne źródło substancji odżywczych. Odpowiedzi nie są poprawne (chociaż białko faktycznie jest wchłaniane od połowy okresu inkubacji). Może dlatego, że niezbyt dokładnie przyglądamy się zawartości rozbitego jajka i nie dostrzegamy pewnych elementów. Embrion rozwija się z delikatnej struktury położonej na żółtku – tarczki zarodkowej. 
Ponieważ zarodek jest zamknięty w skorupce, to już na starcie musi być wyposażony w odpowiednią ilość substancji odżywczych. Będzie on stopniowo wchłaniał żółtko. Więc to ono stanowi pokarm rozwijającego się embrionu. Dlatego jest bardzo bogate w różne substancje. Zawiera: białka, aminokwasy, substancje tłuszczowe (np. lecytynę, cholesterol), węglowodany, sole mineralne i witaminy (szczególnie dużo witaminy A i D). Żółty (do pomarańczowego) kolor nadają żółtku barwniki, głównie ksantofile, które są czerpane z pokarmu zjadanego przez samicę. Człowiek oczywiście wykorzystuje fakt, iż jajka są tak bogate w różne substancje. Każdemu od razu przychodzi na myśl to, że je po prostu zjadamy. Ale nie tylko. Żółtko bardzo często wchodzi w skład różnego rodzaju produktów kosmetycznych. Domowe maseczki, szampony, odżywki, które nakładamy na skórę i włosy mają odżywić nasze ciało. 
Wiemy już co zarodek je, ale jak oddycha? Tlen pobierany jest z dwóch źródeł. Na początku, gdy embrion jest jeszcze mały, gazy oddechowe swobodnie przenikają przez skorupkę do naczyń krwionośnych umiejscowionych w błonach płodowych (kosmówkowo-omoczniowej). Wapienna osłonka nie jest ciągła. Zawiera liczne, niewielkie pory i to one umożliwiają przedostawanie się gazów. Gdy zarodek jest większy jego zapotrzebowanie na tlen gwałtownie rośnie. Wtedy korzysta również z powietrza zawartego w komorze powietrznej. Położona jest ona od tępej strony jajka. Utworzona jest między skorupką a pergaminowymi błonami.
Jedna z nich przylega bezpośrednio do skorupki, a druga do białka. Gdy zarodek obróci się w stronę komory musi przebić jedną z otoczek i może pobierać znajdujący się tam tlen (rys. 1). Ubytek jest uzupełniany z zewnątrz. To wystarczy.

 

Rys. 1. Budowa jajka i zarodek pisklęcia w jaju


5. Pytanie: Jeżeli pisklę odżywia się to musi też wydalać. Jak to robi? 

Po tym pytaniu jest zawsze salwa śmiechu! A przecież wynika ono z logiki tego procesu. Po pierwsze, trzeba uczniom wyjaśnić różnicę między odżywianiem się dorosłej kury, a zarodka. U niego nie funkcjonuje jeszcze układ pokarmowy, więc nie wydala on kału. I ta odpowiedź budzi duże zdziwienie. Jeśli wyjaśnimy ten proces u ptaków, to uczniowie będą lepiej rozumieli proces odżywiania się zarodka ludzkiego. Embrion pobiera substancje odżywcze z żółtka, a produkty przemia...

Pozostałe 70% treści dostępne jest tylko dla Prenumeratorów.

Co zyskasz, kupując prenumeratę?
  • 6 wydań czasopisma "Biologia w Szkole"
  • Dostęp do wszystkich archiwalnych artykułów w wersji online
  • ...i wiele więcej!
Sprawdź

Przypisy