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

Главными последствиями засух последних лет назвали голод и кризис гидроэнергетики Главными последствиями засух последних лет назвали голод и кризис гидроэнергетики

Какие ужасные вещи назвали главными последствиями засух

N+1
Глубоководные осьминоги спустились на 2600 метров ради охоты Глубоководные осьминоги спустились на 2600 метров ради охоты

Большую часть времени эти осьминоги проводят в толще воды, а охотятся на дне

N+1
Каннибалы 5600 лет назад съели в Атапуэрке 11 человек Каннибалы 5600 лет назад съели в Атапуэрке 11 человек

Ученые проанализировали многочисленные человеческие кости из пещеры Эль-Мирадор

N+1
Наследники Дукалиса и Казановы: как сегодня выглядят дети звезд Наследники Дукалиса и Казановы: как сегодня выглядят дети звезд

Как выглядят дети звезд "Улиц разбитых фонарей" сегодня и чем они занимаются?

VOICE
Что такое «сухой запой» и что не так с решением жить в трезвости Что такое «сухой запой» и что не так с решением жить в трезвости

Что такое «сухой запой», почему так происходит и как спастись

Maxim
Эмоциональное выгорание Эмоциональное выгорание

Почему возникает эмоциональное выгорание и как с ним бороться?

Лиза
«Абайя — это статус»: есть ли у женщин в Дубае права свободы «Абайя — это статус»: есть ли у женщин в Дубае права свободы

Сотрудница Human Rights Watch — о насилии по отношению к женщинам в ОАЭ

Forbes
Нейросеть изобразила 8 популярных психологических терминов: взгляните и оцените! Нейросеть изобразила 8 популярных психологических терминов: взгляните и оцените!

Midjourney создала иллюстрации, на которых показаны психологические термины

Psychologies
Найдена мутация, которая отвечает за высоту голоса человека Найдена мутация, которая отвечает за высоту голоса человека

Обнаружены мутации, которые коррелируют с более высоким тоном голоса

ТехИнсайдер
Как снизить болезненность при шугаринге и восковой эпиляции — а заодно проверить знания мастера Как снизить болезненность при шугаринге и восковой эпиляции — а заодно проверить знания мастера

Как шугаринг и восковую эпиляцию провести более чисто, эффективно и приятно?

VOICE
Ветеринар-сексист возместит ущерб секретарше за харассмент: история и комментарий психолога Ветеринар-сексист возместит ущерб секретарше за харассмент: история и комментарий психолога

Что недопустимо на рабочем месте?

Psychologies
«Женщины играют значительную роль в освоении арктических территорий» «Женщины играют значительную роль в освоении арктических территорий»

О важности постоянного прямого диалога с женщинами коренных народов Севера

РБК
Лишила внуков титулов и бросила курить в 83: неординарная жизнь самой дерзкой королевы Европы Лишила внуков титулов и бросила курить в 83: неординарная жизнь самой дерзкой королевы Европы

Биография Маргреты II заслуживает особого внимания

VOICE
«Водолеев в июне ждет успех!»: как нас заставляют верить в предсказания и гороскопы «Водолеев в июне ждет успех!»: как нас заставляют верить в предсказания и гороскопы

Что такое эффект субъективного подтверждения и как его используют астрологи?

Psychologies
Модный ресейл: как заработать на перепродаже одежды и аксессуаров Модный ресейл: как заработать на перепродаже одежды и аксессуаров

Можно ли в мире быстрой моды заработать на перепродаже вещей?

РБК
Сказки помогут в борьбе с климатическим кризисом? Вы поразитесь! Сказки помогут в борьбе с климатическим кризисом? Вы поразитесь!

Ученые стремятся передать сложные аргументы в увлекательных историях

ТехИнсайдер
Можно ли заработать на инвестициях в музыкальную индустрию Можно ли заработать на инвестициях в музыкальную индустрию

Какими знаниями нужно обладать и сколько времени и денег придется вложить?

РБК
Александр Тоболь Александр Тоболь

Вице-президент VK и техдир ВКонтакте играет в шахматы с четырех лет

Собака.ru
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
Новая жизнь старых территорий. Кто и как превращает заброшенные фабрики и заводы в развивающиеся общественные пространства Новая жизнь старых территорий. Кто и как превращает заброшенные фабрики и заводы в развивающиеся общественные пространства

Некоторым из бывших заводов и фабрик посчастливилось получить вторую жизнь

СНОБ
Назинская трагедия — одно из самых страшных событий советской истории Назинская трагедия — одно из самых страшных событий советской истории

Для 4000 человек остров Назино стал не только местом ссылки, но и местом гибели

ТехИнсайдер
Готовимся к отпуску: как правильно чистить чемодан Готовимся к отпуску: как правильно чистить чемодан

Как правильно почистить чемодан из ткани и из пластика

ТехИнсайдер
Как помириться с мужем после сильной ссоры: практические советы Как помириться с мужем после сильной ссоры: практические советы

Как разрешить конфликт и наладить отношения с партнером?

Psychologies
Почему пирожки важнее диеты: как закончилась моя модельная карьера Почему пирожки важнее диеты: как закончилась моя модельная карьера

Главу из новой книги Марии Микулины «Женщина на пике мозга»

VOICE
Какую пластику можно и нужно делать летом: твоя подсказка от хирурга Какую пластику можно и нужно делать летом: твоя подсказка от хирурга

Какие из пластических преображений показано делать в теплое время года?

VOICE
Как поставить таймер на выключение компьютера: несколько проверенных способов Как поставить таймер на выключение компьютера: несколько проверенных способов

Как сделать таймер на выключение компьютера сразу несколькими способами

CHIP
Могли ли динозавры видеть «чужими глазами»: любопытное исследование Могли ли динозавры видеть «чужими глазами»: любопытное исследование

Могли ли динозавры использовать визуальное восприятие перспективы?

ТехИнсайдер
«Вы либо станете миллиардером, либо вас арестуют»: пять современных сериалов о бизнесе на основе реальных историй «Вы либо станете миллиардером, либо вас арестуют»: пять современных сериалов о бизнесе на основе реальных историй

Самые актуальные и интересные сериалы о бизнесе

Inc.
Подкаст журналиста помог подтвердить вину убийцы! Но спустя 27 лет после преступления Подкаст журналиста помог подтвердить вину убийцы! Но спустя 27 лет после преступления

Пол Флорес убил одногруппницу и пробыл на свободе почти три десятилетия

ТехИнсайдер
Отрывок из книги «Super Mario. Как Nintendo покорила мир» Отрывок из книги «Super Mario. Как Nintendo покорила мир»

Super Mario Bros. — одна из самых успешных компьютерных игр в мире

СНОБ
Открыть в приложении