Эти не столь уж простые уравнения вывел английский исследователь Т.К. Картер. Они описывают всем известную и простую, казалось бы, вещь — куриное яйцо. Руководствуясь первым уравнением, можно построить замкнутую кривую, близкую к эллипсу и соответствующую очертаниям яйца, а второе уравнение позволяет вычислить поверхность яйца. Из первого, основного уравнения можно вывести и формулу, определяющую объём яйца. Картер проверил свои уравнения, проведя серию измерений объёма куриных яиц с помощью измерения объёма воды, вытесняемой яйцом из сосуда, а затем сравнил результаты с расчётными величинами. Совпадение оказалось точным: математическая модель с большой точностью определяла реальную форму яйца. Однако эти формулы не могут объяснить, почему яйцо имеет именно такую форму. Причём надо заметить, что далеко не у всех птиц яйца похожи на куриные. Так, яйца филина или коршуна почти сферические, а у кулика или тонкоклювой кайры — ближе к конусу. Форма уже снесённого яйца не изменяется. Мало того, яйца одного и того же вида птиц могут иметь различную форму, но в узких пределах. Например, молодые самки сносят яйца продолговатые, а с возрастом — яйца более округлые.

Аристотель считал, что из более заострённых яиц вылупляются петушки, из округлённых — курочки. В начале XIX века натуралисты предложили гипотезу, согласно которой контур яйца примерно соответствует форме тела птицы, которая из него развивается. Им вторят современные дизайнеры, говоря, что яйцо — идеальный образец тары, максимально приспособленный для своего содержимого. Сторонники естественного отбора доказывают, что яйца различных видов птиц имеют форму, наиболее благоприятную для выживания в окружающих условиях. Так, яйца некоторых птиц, гнездящихся на уступах скал, имеют форму, близкую к грушевидной. Если такое яйцо слегка толкнуть, оно не покатится по прямой, а опишет круг. Таким образом, у него меньше шансов быть сброшенным со скалы порывом ветра или не слишком осторожной матерью. При этом следует заметить, что у кайры могут быть яйца иной формы, но об этом умалчивается.

Ещё в 1772 году немецкий орнитолог Гюнтер утверждал, что контур яйца является результатом давления, оказываемого на него мышцами яйцевода, где оно формируется. В целом его утверждение считается верным и сейчас. Вначале яйцо существует в форме овоцита, находящегося в яичнике курицы (курица имеет лишь один яичник). Этот овоцит — зачаток яйца — впоследствии станет желтком. Овоциты, находящиеся на различных стадиях развития, вызревают обычно у кур-несушек по одному в день. Иногда бывает, что одновременно созревают два овоцита, тогда у яйца будет два желтка. Образование самого яйца происходит в яйцеводе. Он тоже у курицы один. Точнее, у зародыша сначала развивается по два яичника и яйцевода, но правые в ходе дальнейшего эмбрионального развития регрессируют и остаются только левые. Это характерно для многих птиц.

Освободившись от фолликула, овоцит попадает в своего рода воронку — начало яйцевода, а затем в яйцевод, где происходит его оплодотворение и дальнейшее развитие. Стенками яйцевода вырабатывается альбумин, из которого состоит белок яйца, - этот процесс длится примерно четыре часа. Окружающий желток тонкий, но плотный слой белковой оболочки образует спирально извитые тяжи-халазы; они поддерживают желток в центре яйца. Яйцо, снабжённое теперь белком, продолжает свой путь. Вокруг белка образуются две оболочки. Сначала они прочно соединены, затем разделяются. Наконец, яйцо попадает в матку. К этому моменту оболочки ослабляются и как бы «плавают» вокруг белка. В течение последующих пяти часов происходит постепенное проникновение воды и солей сквозь оболочки до тех пор, пока они снова не растянутся и яйцо «вздуется». Этот предварительный процесс необходим для кальцинирования скорлупы, которое происходит в течение последующих 15—16 часов.

Скорлупа состоит главным образом из кальцита — кристаллов карбоната кальция. Она трёхслойная: внутренний слой, составляющий треть толщины скорлупы, состоит из конических кристаллов, скреплённых белковыми мостиками, следующий слой состоит из тесно прижатых друг к другу столбчатых кристаллов карбоната кальция. Всё это покрыто тонкой кожицей (кутикулой), которая образуется непосредственно перед откладыванием яйца. Если бы яйцо не подвергалось воздействию внешних сил, пока оно ещё эластично, оно тяготело бы к сферической форме. Эти внешние силы — мышечного происхождения. Стенки яйцевода имеют два слоя мышц: внутренний, с кругообразными мышцами, проталкивает яйцо к яйцеводу, и наружный, состоящий из продольных мышц, служит для облегчения прохождения яйца. В зависимости от того, насколько растянут яйцевод, яйцо встречает на своём пути большее или меньшее сопротивление и будет более или менее продолговатым. Тот факт, что один конец яйца более округлён, а другой более заострён, безусловно, связан с асимметрией воздействующих на него сил, однако, как это получается — неясно, но точно известно, что яйцо движется и выходит наружу, как правило, тупым концом вперёд, а не острым.

У многих видов птиц, благодаря отложению пигментов в скорлупе, яйца окрашены. В популярной литературе бытует ошибочное мнение, что скрытые от посторонних глаз в дуплах или норах яйца не нуждаются в покровительственной окраске. То есть, меняются местами причина (окраска скорлупы) и следствие (способ гнездования). В силу объективных причин птицы не могут влиять на окраску скорлупы своих яиц, но способны посредством проб и ошибок разместить или сконструировать своё гнездо таким образом, чтобы успешно оставить потомство. Иначе говоря, окраска скорлупы яиц прямо или косвенно оказала влияние на способы гнездования и гнездостроение у птиц и, соответственно, на выживаемость вида (Балацкий, 1994).

Форма не единственная загадка яйца. Вот ещё одна: откуда птицы берут кальций для скорлупы? В среднем скорлупа куриного яйца весит 5 граммов, из них 2 грамма приходится на кальций. Формирование скорлупы длится 16 часов, и, таким образом, организм курицы должен вырабатывать 125 миллиграммов кальция в час. Но общее количество кальция, циркулирующего в крови курицы, примерно равно 25 миллиграммам. Где же курица берёт остальной необходимый ей кальций? По-видимому, из пищи. Но нетрудно доказать, что курица, каков бы ни был рацион её питания, не способна переместить кальций из своего пищеварительного аппарата в кровь, а оттуда к формирующемуся яйцу в таком быстром темпе, какой необходим для образования скорлупы. Это означает, что, если она не будет использовать кальций непосредственно из своего организма, положение её окажется трудным. И тогда курица обращается к дополнительному резерву кальция, находящемуся в её скелете. Речь идёт о вторичной скелетной системе. Это тонкие осколки костей, которые развиваются в серединных полостях большинства её костей. В момент кальцинирования скорлупы эти запасные косточки рассасываются, высвобождая кальций, который идёт на строительство скорлупы, и фосфаты, которые выбрасываются с мочой. В ходе этого процесса курица может мобилизовать до 10 процентов своего костного вещества менее чем за день. Это явление удивительное, но не уникальное: подобными возможностями обладают все изученные в этом отношении птицы. Запасные косточки у птиц должны были развиться в ходе эволюции одновременно с появлением яиц в плотной кальцинированной скорлупе. Они есть только у самок в период воспроизводства и никогда не встречаются у самцов.

Ещё один не менее интересный вопрос: как эмбрион дышит сквозь скорлупу? Его жизнь будет невозможна, если он не будет получать извне кислород и выбрасывать углекислый газ. Более того, эмбрион должен выбрасывать водяные пары. В ходе развития зародыш поглощает жиры желтка, а в результате обмена веществ из них образуется вода. И если часть этой воды не будет выводиться через скорлупу, птенец просто утонет. Газообмен происходит сквозь микроскопические поры между кристаллами кальцита, образующими скорлупу и не соединёнными между собой идеально плотно. Интенсивность газового обмена зависит от количества пор, их средней величины, толщины скорлупы и длительности инкубации.

Любопытно, что у всех птиц количество потерянной в процессе инкубации воды всегда равно примерно 15 процентам начальной массы яйца. А ведь яйца у различных птиц чрезвычайно разнообразны и по своим размерам, и по содержанию белка и желтка, неодинакова также и продолжительность инкубации. Так, масса яиц может варьировать от 300 миллиграммов (колибри) до 9 килограммов (не так давно исчезнувший мадагаскарский эпиорнис). Период инкубации может длиться от 11 до 80 дней. Пропорция желтка в яйце может составлять от 14 до 67 процентов. И при всём этом «правило 15 процентов» всегда остаётся в силе.

Каким же образом достигается это постоянство? В каждом случае по-своему. Так, например, яйца буревестника похожи на куриные — и по величине, и по толщине скорлупы. Но период инкубации у буревестника длится 52 дня, а у курицы только 21. Казалось бы, потеря воды у буревестника должна быть больше. Однако этого не происходит: количество пор в скорлупе значительно меньшее—3700 против 12400 у кур. Птицы, живущие на больших высотах, где потеря воды должна быть большей из-за низкого атмосферного давления, откладывают яйца, скорлупа которых имеет меньше пор, чем у тех, что живут на уровне моря.

Регуляция потери воды за период инкубации зависит также от влажности гнезда. Эксперименты показали, что относительная влажность гнезда всегда выше влажности окружающего воздуха и примерно одинакова у самых различных птиц. Не означает ли это, что птицы обладают «гигрометром» и умеют вентилировать гнездо, чтобы постоянно поддерживать в нём необходимый микроклимат, какова бы ни была температура и влажность снаружи? Во всяком случае, биологи не раскрыли ещё всех загадок такого обыденного явления, как яйцо.