Зачем реснички инфузориям, носам и нейронам

N+1Наука

Хлопай ресничками

Зачем они инфузориям, носам и нейронам

Полина Лосева

Жгутики сперматозоидов, реснички инфузорий и щеточка на эпителиальных клетках в носу, которая гонит слизь с бактериями и пылью прочь из дыхательных путей, — это одно и то же. Хитрая молекулярная машина, которая помогает клеткам эукариот передвигать окружающую их жидкость или двигаться в ней самим. Но ученые все чаще находят на клетках человеческого организма реснички, которые растут по одиночке и никуда не гребут. Например, китайские исследователи только что описали реснички на поверхности нейронов в супрахиазматическом ядре — области гипоталамуса, которая отвечает за суточные ритмы. Оказывается, те же самые свойства, которые позволяют ресничке служить хорошим веслом, делают ее отличной антенной — и помогают мышам (да и людям наверняка) переключаться между днем и ночью.

Машина для битья

Сперматозоид ввинчивается в воду, инфузория неспешно подгребает, хламидомонада мелко подпрыгивает. Все это им обеспечивает один и тот же инструмент— ресничка. Или жгутик; названий два, но устроены эти гребные приспособления совершенно одинаково.

Каждая ресничка — это пучок из 47 микротрубочек, обтянутый клеточной мембраной. Та часть реснички, что торчит наружу, состоит из 18 микротрубочек, которые попарно крепятся белковыми спицами к центральной, десятой паре. Остальные 27 микротрубочек прячутся внутри клетки, служат опорой для реснички и называются базальным тельцем.

26c2a2552ff185d5af737c24bc2cd485.jpg
Ресничка в продольном разрезе. Зеленый — мембрана; фиолетовый — аксонема, двигатель реснички; синий — базальное тельце, ее основание Veena Singla, Jeremy F. Reiter / Science, 2006
59d0739ff2a7374c743c278b4d361826.jpg
Поперечный разрез аксонемы. Серые кольца — микротрубочки, оранжевые и черные линии — неподвижные белковые спицы, зеленые и синие грозди — динеины, моторные белки William Gilpin et al. / Nature Reviews Physics, 2020

У наружных микротрубочек по всей длине рядами расположены «руки» из транспортных белков-динеинов. Когда динеины на одной связке микротрубочек хватаются за другую и тянут, то вся ресничка сгибается. Это, собственно, и есть взмах.

Когда ресничка согнулась достаточно сильно, динеины отрываются от соседней микротрубочки — и начинается следующая фаза движения. Бывает так, что пучок просто возвращается в исходное положение: тогда быстрый взмах сменяется медленным возвращением на изготовку. А иногда в дело вступают динеины с других пучков и начинают по очереди повторять то же самое движение за коллегами: тогда вся ресничка, изгибаясь в разные стороны, делает оборот на 360 градусов — получается типичное вращение, как у жгутика сперматозоида.

На греблю уходит немало сил. Каждому моторному белку нужна энергия, чтобы гнуть ресничку. Всего на каждый мах уходит около 10 тысяч молекул АТФ. Кроме того, нужно постоянно поддерживать скелет реснички в рабочем состоянии: для этого отдельная система транспортных белков подвозит запчасти на кончик реснички и забирает изношенные части микротрубочек на переработку.

b1ba36b536efa7f67160f0c348914ec8.jpeg
Как сгибается ресничка. Микротрубочка с помощью динеинов (на схеме они серые и трехногие) давит на соседнюю пару. В это время транспортные белки подвозят новый комплект динеинов на верхушку аксонему Girish R. Mali et al. / Science, 2021
04b6c8f66f69fc65f1219be715ee1199.jpg
Фазы движений реснички. Слева — жгутик, справа — ресничка. Kohidai, L / wikimedia commons / CC BY 3.0

А если ресничек на клетке много — как у инфузории или эпителиальной клетки в человеческих бронхах — то нужно позаботиться еще и о том, чтобы все они бились в такт.

Как именно реснички синхронизируются друг с другом, известно не до конца. Отчасти это происходит механически: каждая ресничка своим биением создает ток воды, который давит на соседние реснички. Отчасти это регулируется химически — и в этом смысле инфузория напоминает мышцу или нейрон.

Когда она натыкается на препятствие, по ее мембране бежит волна деполяризации — то есть в ней открываются ионные каналы. На поверхности ресничек таких каналов много, и ионы кальция, попав внутрь реснички, запускают сигнальный каскад. Последними в каскад включаются белки, которые навешивают химические группы на динеины. И в зависимости от этого они могут менять форму или силу своей хватки — а это уже влияет на мощь, скорость и угол маха.

Бывают и более сложные ситуации — когда нужно, чтобы не все реснички били одновременно, а по поверхности тела бежали разнонаправленные волны. Так бывает, например, у личинок беспозвоночных, которые часто опоясаны ресничками и могут с их помощью плавать по сложным траекториям или подгонять пищу ко рту. Здесь уже нужны нейроны — чтобы по очереди посылать импульсы в разные группы клеток с ресничками.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

В средневековом европейском борделе похоронили трехмесячного мальчика В средневековом европейском борделе похоронили трехмесячного мальчика

Ученые описали захоронение младенца в средневековом борделе Бельгии

N+1
Возраст красоты Возраст красоты

Когда и как бороться с возрастными изменениями

Лиза
Вступление в брак может повысить риск деменции: шокирующие выводы ученых Вступление в брак может повысить риск деменции: шокирующие выводы ученых

Как счастливая семейная жизнь может быть связана с когнитивными способностями?

ТехИнсайдер
Цветочный спецназ Цветочный спецназ

Разбить сад буквально за пару часов на пустом месте? Это возможно!

Лиза
«Река горит!» Как необычный пожар изменил отношение Америки к экологии «Река горит!» Как необычный пожар изменил отношение Америки к экологии

Река Куяхога: пожар, переключивший сознание целой нации

ТехИнсайдер
Денис Прытков Денис Прытков

Главный кинодебютант года влюбил всю страну в обаятельного интерна-реаниматолога

Собака.ru
Торможение на повороте: что мешает построить в России экономику предложения Торможение на повороте: что мешает построить в России экономику предложения

Экономика предложения: достаточно ли в России производственных ресурсов для нее?

Forbes
Что такое «дофаминовая перезагрузка» и почему она так нужна нам сегодня Что такое «дофаминовая перезагрузка» и почему она так нужна нам сегодня

Что такое дофаминовая система, как она связана с получением удовольствия

Psychologies
Как не рассориться с назойливой свекровью: 10 советов Как не рассориться с назойливой свекровью: 10 советов

Как быть, если не хочется подстраивать свою жизнь под мнение свекрови?

Psychologies
Чат-боты будут привлекать телефонных мошенников и «забалтывать» их до полусмерти Чат-боты будут привлекать телефонных мошенников и «забалтывать» их до полусмерти

Чат-боты кибербезопасности будут бороться с чат-ботами телефонных мошенников

ТехИнсайдер
Человек со свойствами и средствами Человек со свойствами и средствами

«Счастливчик Хэнк»: симпатичная кампусная драма

Weekend
Первый антисептик, вакцинация и микроскоп: 5 медицинских изобретений прошлого, которые спасают нам жизнь и сегодня Первый антисептик, вакцинация и микроскоп: 5 медицинских изобретений прошлого, которые спасают нам жизнь и сегодня

Главные изобретения медицины, которые помогают нам быть здоровыми

ТехИнсайдер
Моряк, который чуть не спас «Титаник»: удивительная история Чарльза Лайтоллера, выживавшего в самых жутких катастрофах Моряк, который чуть не спас «Титаник»: удивительная история Чарльза Лайтоллера, выживавшего в самых жутких катастрофах

В середине XX века Лайтроллера называли «профессиональным героем»

VOICE
Экологичный подход ко всему: как повторно использовать деревянные палочки от мороженого с пользой для дома Экологичный подход ко всему: как повторно использовать деревянные палочки от мороженого с пользой для дома

Доели эскимо? Помойте палочку и отложите ее в ящик, она вам еще пригодится

ТехИнсайдер
Скульптор и делец. Как Лука делла Роббиа поставил производство майолики на поток Скульптор и делец. Как Лука делла Роббиа поставил производство майолики на поток

Александр Степанов рассказывает о творчестве художников Ренессанса

СНОБ
Миссия допустима: 5 случаев, когда можно шпионить за партнером Миссия допустима: 5 случаев, когда можно шпионить за партнером

По мнению экспертов, есть ситуации, в которых можно следить за партнером

VOICE
Вакиты пока не вымерли Вакиты пока не вымерли

Зоологи обнаружили, что вакиты все еще существуют

N+1
Самые травмоопасные виды спорта среди популярных Самые травмоопасные виды спорта среди популярных

Даже занятия бадминтоном могут привести к травме

Maxim
Новый порядок Новый порядок

Куда (и почему) меняется значение слова «кристалл»

N+1
Действительно ли человечество морально деградирует Действительно ли человечество морально деградирует

Как часто вы слышите разговоры о том, что раньше люди были добрее?

СНОБ
«Ношу эту рубашку 20 лет». Пять историй о долгожителях гардероба «Ношу эту рубашку 20 лет». Пять историй о долгожителях гардероба

Девушки рассказали об одежде, обуви и сумках, которые они купили 10-20 лет

РБК
Виртуальный доллар: зачем банки сохраняют счета физлиц в «токсичных» валютах Виртуальный доллар: зачем банки сохраняют счета физлиц в «токсичных» валютах

Девалютизация банковской системы не заставила банки вывести доллары и евро

Forbes
Planet9. Агния Стерлигова и Александр Кармаев Planet9. Агния Стерлигова и Александр Кармаев

Бюро Planet9 устроило в Петербурге два интерактивных выставочных суперхита

Собака.ru
Астрономы нашли самые быстрые звезды Млечного пути. Они покидают нашу галактику Астрономы нашли самые быстрые звезды Млечного пути. Они покидают нашу галактику

Как звезды убегают в межгалактическое пространство?

ТехИнсайдер
Секреты стиля Джорджа Майкла Секреты стиля Джорджа Майкла

Из чего состоял гардероб иконы стиля Джорджа Майкла?

Правила жизни
5 побочных эффектов быстрого похудения, о которых вам никто не говорит 5 побочных эффектов быстрого похудения, о которых вам никто не говорит

Быстрые диеты имеют несколько серьезных последствий для вашего здоровья

ТехИнсайдер
Наука о чужих. Жизнь и разум во Вселенной Наука о чужих. Жизнь и разум во Вселенной

Марс лучше всего наблюдать в периоды противостояний

Наука и жизнь
Что за игра Genshin Impact и почему она так популярна Что за игра Genshin Impact и почему она так популярна

Как игра китайской студии miHoYo стала настоящим феноменом

Maxim
Маски с грядки Маски с грядки

Достойная замена дорогим салонным процедурам из простых и доступных ингредиентов

Лиза
Как выжить в вынужденной эмиграции и не потерять себя: 5 советов из личного опыта Как выжить в вынужденной эмиграции и не потерять себя: 5 советов из личного опыта

Как более менее пройти кризис миграции?

Psychologies
Открыть в приложении