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

Биомаркеры болезней сердца предсказали риск возникновения рака Биомаркеры болезней сердца предсказали риск возникновения рака

Какие биомаркеры сердечно-сосудистых заболеваний могут ускорять развитие рака

N+1
Фрукты бывают вредными? Вот что будет, если их слишком много в диете! Фрукты бывают вредными? Вот что будет, если их слишком много в диете!

Фрукты являются ключом здорового питания, но их избыток может быть вредным

ТехИнсайдер
ГМ-бактерия разрушила избыточные оксалаты в кишечнике крыс и людей ГМ-бактерия разрушила избыточные оксалаты в кишечнике крыс и людей

Как ученые создали бактерию для борьбы с кишечной гипероксалурией

N+1
Суп кочевника Суп кочевника

Монгольский наваристый мясной суп

Вокруг света
Нейробиолог назвал привычку, объединяющую гениев. А у вас она есть? Нейробиолог назвал привычку, объединяющую гениев. А у вас она есть?

Настоящий прорыв мысли начинается в тишине и одиночестве

Maxim
Опасная бессонница Опасная бессонница

Учёные предупреждают: бессонница связана с повышенным риском сердечного приступа

Здоровье
Зодчие империи Зодчие империи

Сколько зарабатывали главные архитекторы Санкт-Петербурга

Деньги
Медоносные пчелы плохо справились с опылением американских растений Медоносные пчелы плохо справились с опылением американских растений

Медоносные пчелы в Калифорнии оказались не слишком эффективными опылителями

N+1
Сказка на хуторе Сказка на хуторе

На месте бывшей свалки Сергей Кушнаренко создал уникальный ландшафтный парк

Отдых в России
Илья Дель Илья Дель

Илья Дель дождался роли, в которой выкрутил тумблер своего таланта на максимум

Собака.ru
Слияние на траве: враждовавшие гольф-туры будут вместе осваивать саудовские деньги Слияние на траве: враждовавшие гольф-туры будут вместе осваивать саудовские деньги

Почему решение о слиянии гольф-туров PGA и LIV вызвало такой ажиотаж

Forbes
Некоронованная правительница Франции: кем была маркиза де Помпадур Некоронованная правительница Франции: кем была маркиза де Помпадур

Какое значение в истории Франции сыграла маркиза де Помпадур?

Forbes
Ловушки бортового питания: от какой еды и напитков стюардессы отказываются в полете Ловушки бортового питания: от какой еды и напитков стюардессы отказываются в полете

Некоторые закономерности и слабые места в вопросе бортового питания

VOICE
Он в вас (не) влюблен: как узнать правду о чувствах мужчины Он в вас (не) влюблен: как узнать правду о чувствах мужчины

Как он видит (и видит ли он вообще) продолжение отношений?

Psychologies
10 самых живописных пляжей России 10 самых живописных пляжей России

Песок и галька, косы и мысы, горы и скалы

Караван историй
«Я увидел, через какие испытания прошла жена»: Сергей Сафронов рассказал, как присутствовал на родах «Я увидел, через какие испытания прошла жена»: Сергей Сафронов рассказал, как присутствовал на родах

Иллюзионист и телеведущий Сергей Сафронов присутствовал на родах младшей дочери

VOICE
Джекпот «Вегаса»: как команда через шесть лет после создания выиграла Кубок Стэнли Джекпот «Вегаса»: как команда через шесть лет после создания выиграла Кубок Стэнли

Как хоккей покорил Вегас и какие россияне оставили след в «Голден Найтс»

Forbes
Крутятся диски Крутятся диски

Утилизация отработавшей свое компьютерной техники оказалась выгодным делом

Наука
Первенцы Вселенной Первенцы Вселенной

Какими были древнейшие звезды, появившиеся после Большого взрыва

Наука
Ролевые онлайн-игры: как предотвратить подмену цифровой личности Ролевые онлайн-игры: как предотвратить подмену цифровой личности

Какими инструментами можно решить проблему подмены цифровой личности

Forbes
Часов много не бывает: первые умные «дайверы» Часов много не бывает: первые умные «дайверы»

Когда «дайверы» появились в линейке всех мужских часовых брендов

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

Рупоры капрома готовят книгу о постсоветском наследии России

Собака.ru
Ученые впервые увидели свет древнейших галактик, родившихся через миллиард лет после Большого Взрыва Ученые впервые увидели свет древнейших галактик, родившихся через миллиард лет после Большого Взрыва

Само собой разумеется, что вокруг квазаров могут быть галактики

ТехИнсайдер
В Кыргызстане едят камни? Поразительно, но да! Вот чем это объясняется В Кыргызстане едят камни? Поразительно, но да! Вот чем это объясняется

Зачем люди в Центральной Азии едят глину?

ТехИнсайдер
Что находится внутри черной дыры: есть ли у физиков ответ? Что находится внутри черной дыры: есть ли у физиков ответ?

Что такое черная дыра и может ли что-то находиться внутри неё?

ТехИнсайдер
Преступники или герои? Какими бывают хакеры и правда ли все они программисты Преступники или герои? Какими бывают хакеры и правда ли все они программисты

Денис Ройо делится своим видением мира хакеров изнутри

ТехИнсайдер
Как механический таракан побеждает травму: рецензия на фильм «Голова-жестянка» Как механический таракан побеждает травму: рецензия на фильм «Голова-жестянка»

«Голова-жестянка» — образец живого и правдивого кино для и про подростков

Psychologies
Алексей Гориболь Алексей Гориболь

Имя этого пианиста очень тесно связано с музыкальной жизнью Петербурга

Собака.ru
«Как в «Жигулях». Что водители рассказали о новом «Москвиче 3» «Как в «Жигулях». Что водители рассказали о новом «Москвиче 3»

Водители перечислили плюсы и минусы кроссоверов «Москвич 3»

РБК
Юность в 1990-е: откровения читательниц Psychologies Юность в 1990-е: откровения читательниц Psychologies

Как по-разному мы видим историческое прошлое, свидетелями которого стали сами

Psychologies
Открыть в приложении