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

Шимпанзе заразились зевотой от головы андроида Шимпанзе заразились зевотой от головы андроида

Шимпанзе способны заразиться зевотой от зевающей головы человекоподобного робота

N+1
Ошибка 0x80070422: когда она появляется, и как ее исправить Ошибка 0x80070422: когда она появляется, и как ее исправить

Как исправить ошибку 0x80070422 при обновлении Windows 10

CHIP
У берегов Сингапура нашли 3,5 тонны средневековой китайской посуды У берегов Сингапура нашли 3,5 тонны средневековой китайской посуды

С давних времен остров Сингапур выступал важным перевалочным пунктом для моряков

N+1
В Израиле обнаружили 12-тысячелетние манки на хищных птиц В Израиле обнаружили 12-тысячелетние манки на хищных птиц

Натуфийцы использовали кости небольших птиц в быту

N+1
Обмануть время: зачем во многих странах переводят часы на зимнее и летнее время и почему в России от этого отказались Обмануть время: зачем во многих странах переводят часы на зимнее и летнее время и почему в России от этого отказались

Зачем вообще была придумана практика перевода часов на зимнее время?

ТехИнсайдер
До победного начала До победного начала

В своей необыкновенной жизни Уинстон Черчилль покорил три главные вершины

Дилетант
Шея девочки была обвита пуповиной: дочь Брюса Уиллиса пережила тяжелые домашние роды Шея девочки была обвита пуповиной: дочь Брюса Уиллиса пережила тяжелые домашние роды

Румер Уиллис раскрыла шокирующие подробности рождения первенца

VOICE
Узнайте об Узнайте об

Чтобы поддерживать свое здоровье, необходимо соблюдать много правил

ТехИнсайдер
Актер из «Гарри Поттера» — профессиональный боец ММА: ушел в спорт после съемок и уже дважды победил Актер из «Гарри Поттера» — профессиональный боец ММА: ушел в спорт после съемок и уже дважды победил

Десять очков «Слизерину»!

Maxim
Депривация сна усилила связь миндалевидного тела и передней поясной коры Депривация сна усилила связь миндалевидного тела и передней поясной коры

Бессонная ночь усиливает связь миндалевидного тела и передней поясной коры

N+1
Новозеландские палеонтологи описали дельфина-пилу Новозеландские палеонтологи описали дельфина-пилу

Палеонтологи описали новый вид дельфинов, живший около 25 миллионов лет назад

N+1
Под Суздалем нашли печать Юрия Долгорукого Под Суздалем нашли печать Юрия Долгорукого

Археологи рассказали о результатах раскопок на селище Спасское городище-7

N+1
Как выбрать солнцезащитные очки по типу лица: мастер-класс от стилиста Как выбрать солнцезащитные очки по типу лица: мастер-класс от стилиста

Нам всем срочно нужна хорошая пара очков — с этим поможет модный эксперт

VOICE
Этому древнему хищнику оторвали голову одним мощным укусом: кто мог это сделать? Этому древнему хищнику оторвали голову одним мощным укусом: кто мог это сделать?

В среднем триасе даже охотник мог стать жертвой

ТехИнсайдер
Перезапись страшных воспоминаний мышей разорвала связь с изначальной нейронной сетью Перезапись страшных воспоминаний мышей разорвала связь с изначальной нейронной сетью

Нейроны, хранящие страшное воспоминание мышей, поменяли паттерн кодирования

N+1
«Мозг слушает» «Мозг слушает»

Как создается осмысленный звуковой мир

N+1
Каникулы без родителей Каникулы без родителей

Как подготовить ребенка к поездке в лагерь и пережить ее самим?

Лиза
7 странных, но невероятно полезных способов применения кетчупа в быту 7 странных, но невероятно полезных способов применения кетчупа в быту

Как использовать кетчуп не по назначению с пользой для всего дома

ТехИнсайдер
Александр Семенов, Даниил Веретенников & Гавриил Малышев Александр Семенов, Даниил Веретенников & Гавриил Малышев

Рупоры капрома готовят книгу о постсоветском наследии России

Собака.ru
Откуда взялся мем про 40 кошек: ни одна женщина не обидится на эту шутку, если узнает ее происхождение Откуда взялся мем про 40 кошек: ни одна женщина не обидится на эту шутку, если узнает ее происхождение

Почему считается, что у сильной и независимой женщины должно быть 40 кошек?

VOICE
ChatGPT разработал своего первого робота ChatGPT разработал своего первого робота

Могут ли роботы создавать роботов?

ТехИнсайдер
Первая карта метагенома почв Первая карта метагенома почв

Почвы представляют собой одно из крупнейших хранилищ мирового биоразнообразия

Наука и жизнь
Каннибализм и насилие: в чем обвиняли актера Арми Хаммера Каннибализм и насилие: в чем обвиняли актера Арми Хаммера

Конец затянувшегося скандала вокруг Арми Хаммера

Forbes
«Накачать» точку G и увеличить влагалище: для чего нужна интимная косметология «Накачать» точку G и увеличить влагалище: для чего нужна интимная косметология

Интимная косметология: как она избавляет от дискомфорта?

Psychologies
2 года, 5 лет, 10 лет: как укрепить отношения на разных этапах брака 2 года, 5 лет, 10 лет: как укрепить отношения на разных этапах брака

Как не дать чувственной связи в браке угаснуть?

Psychologies
Как перестать соглашаться делать то, что не хочется: 5 способов научиться отказывать — советы психолога Как перестать соглашаться делать то, что не хочется: 5 способов научиться отказывать — советы психолога

Как выстроить здоровые границы и научиться отказывать окружающим?

Psychologies
Почему люди с темной кожей должны использовать крем для загара? Интересный факт Почему люди с темной кожей должны использовать крем для загара? Интересный факт

Нужно ли темнокожим людям защищать свою кожу от солнца?

ТехИнсайдер
«Тед Лассо»: чему нас научил заключительный сезон самого жизнеутверждающего телешоу «Тед Лассо»: чему нас научил заключительный сезон самого жизнеутверждающего телешоу

Как «Тед Лассо» научил нас, что настоящая поддержка побеждает боль?

Psychologies
Как генеративный ИИ повлияет на закон об авторском праве Как генеративный ИИ повлияет на закон об авторском праве

Как адаптировать законы об авторском праве в отношении генеративного ИИ

ТехИнсайдер
Огонь-трава Огонь-трава

Повстречав это растение на своём пути, непременно замедлишь шаг

Наука и жизнь
Открыть в приложении