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

«Хаббл» увидел пару из белого карлика и голубого бродяги «Хаббл» увидел пару из белого карлика и голубого бродяги

«Хаббл» подтвердил рождение голубого бродяги от пары с белым карликом

N+1
«Кластерный механизм — ключевой фактор развития химпрома» «Кластерный механизм — ключевой фактор развития химпрома»

Как сегодня развивается химическая отрасль и какие задачи решает бизнес

РБК
Новое исследование развеивает мифы о холестерине в яйцах Новое исследование развеивает мифы о холестерине в яйцах

Как пищевой холестерин и насыщенные жиры влияют на уровень «плохого» холестерина

ТехИнсайдер
Академик Юрий Наточин: главная забота почки — чтобы каждая клетка организма могла жить своей жизнью Академик Юрий Наточин: главная забота почки — чтобы каждая клетка организма могла жить своей жизнью

Академик Юрий Наточин: жизнь появилась не в морях, а в калиевых озерах

Наука
Иммунитет от хамства: как реагировать на грубость Иммунитет от хамства: как реагировать на грубость

Как защититься от хамства, не опускаясь до него?

Psychologies
Море любви Море любви

У курортных романов, помимо опасностей, есть множество плюсов

Лиза
Как на первом свидании определить, подходит ли женщина вам в сексе Как на первом свидании определить, подходит ли женщина вам в сексе

Можно ли на первом свидании понять, как проявит себя женщина в сексе?

Psychologies
Московский скоростной диаметр: зачем он нужен и как по нему ездить Московский скоростной диаметр: зачем он нужен и как по нему ездить

Какие задачи решает Московский скоростной диаметр и как им пользоваться

РБК
Как похудеть без диет и спорта Как похудеть без диет и спорта

13 привычек, которые помогут сбросить вес без усилий

Лиза
Почему не сохранились древние памятники славянской культуры Почему не сохранились древние памятники славянской культуры

Почему древние восточные славяне не оставили после себя артефактов и преданий

Maxim
Как 22-летняя певица из России Alizade покорила Турцию и продолжает покорять мир Как 22-летняя певица из России Alizade покорила Турцию и продолжает покорять мир

Почему Alizade пророчат мировую славу?

Forbes
Пино-нуар со дна Черного моря Пино-нуар со дна Черного моря

Как Андрюсу Юцису удается создавать легкое вино в жарком климате

СНОБ
Фрукты с низким содержанием углеводов: не вызывают инсулиновых всплесков и действительно помогают худеть Фрукты с низким содержанием углеводов: не вызывают инсулиновых всплесков и действительно помогают худеть

Фрукты, которые никак не скажутся на твоем весе

VOICE
Нос кошки устроен как отличный газовый хроматограф Нос кошки устроен как отличный газовый хроматограф

Ученые создали трехмерную компьютерную модель носа кошки

ТехИнсайдер
Доверительные отношения: как научить ребенка рассказывать о проблемах — 3 главных принципа воспитания Доверительные отношения: как научить ребенка рассказывать о проблемах — 3 главных принципа воспитания

Как приучить детей говорить о переживаниях, чувствах и проблемах?

Psychologies
Взрывающаяся голова и галлюцинации: 5 необычных нарушений сна Взрывающаяся голова и галлюцинации: 5 необычных нарушений сна

Вам случалось когда-нибудь кричать во сне на своего партнера?

Psychologies
Сверхэффективный гидрогель поглощает воду прямо из воздуха даже в пустыне Сверхэффективный гидрогель поглощает воду прямо из воздуха даже в пустыне

Создан супервпитывающий гидрогель, который может вытягивать влагу в пустыне

ТехИнсайдер
Археологи комплексно датировали некрополь времен Великого переселения на Алтае Археологи комплексно датировали некрополь времен Великого переселения на Алтае

Археологи уточнили хронологию некрополя Карбан-I булан-кобинской культуры

N+1
Что делать, если громко урчит живот: 10 работающих лайфхаков Что делать, если громко урчит живот: 10 работающих лайфхаков

Как быстро избавиться от урчания в животе?

ТехИнсайдер
Без вины виноватый: защищаемся от субсидиарной ответственности Без вины виноватый: защищаемся от субсидиарной ответственности

Что такое субсидиарная ответственность и как от нее защититься

Inc.
После сотрясения мозг исцеляет себя глубоким сном После сотрясения мозг исцеляет себя глубоким сном

Мозг после травмы погружает пострадавшего в сон более глубокий, чем обычно

ТехИнсайдер
Три сочных русских мужских сериала, которые вы могли пропустить Три сочных русских мужских сериала, которые вы могли пропустить

Делимся случайно найденным и полюбившимся русскими сериалами

Maxim
Алексей Гориболь Алексей Гориболь

Имя этого пианиста очень тесно связано с музыкальной жизнью Петербурга

Собака.ru
Как вчерашние студенты построили сервис для подготовки к экзаменам и продали 25% VK Как вчерашние студенты построили сервис для подготовки к экзаменам и продали 25% VK

Стартап, запущенный Дмитрием Даниловым, кратно вырос за последние годы

Forbes
Магнитный микроробот с алюминиевой чешуей остановил кровотечение в желудке свиньи Магнитный микроробот с алюминиевой чешуей остановил кровотечение в желудке свиньи

Прототип миниатюрного робота для биомедицинских целей

N+1
Константин Плотников Константин Плотников

Актер Константин Плотников к евангельскому возрасту получил роль мечты

Собака.ru
Из Дубая с любовью Из Дубая с любовью

Интерьер получился самобытным, ярким, со своим характером и настроением

SALON-Interior
Что такое альгинатная маска и почему ее стоит попробовать Что такое альгинатная маска и почему ее стоит попробовать

Что представляет собой альгинатная маска и как получить от нее максимум пользы

РБК
Как формируется пищевая зависимость? Отрывок из книги «Почему я не худею» Как формируется пищевая зависимость? Отрывок из книги «Почему я не худею»

Отрывок из книги «Почему я не худею» о формировании пищевых зависимостей.

Правила жизни
Поощрялись ли в старину неравные браки? Поощрялись ли в старину неравные браки?

Какими были браки и венчания в старину

Культура.РФ
Открыть в приложении