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

Мухи-журчалки начали точно подражать осам уже 33 миллиона лет назад Мухи-журчалки начали точно подражать осам уже 33 миллиона лет назад

Ученые обнаружили ископаемую муху-журчалку, которая подражала окраске ос

N+1
(Не)равенство в прошлом и будущем | (In)equality in the Past and in the Future (Не)равенство в прошлом и будущем | (In)equality in the Past and in the Future

Взгляд авторов «влиятельных книг по экономической истории нового тысячелетия»

Позитивные изменения
Генетики выявили старейшего известного домашнего кота Китая Генетики выявили старейшего известного домашнего кота Китая

Самая ранняя домашняя кошка жила в VIII или IX веках нашей эры

N+1
У мезозойской рептилии нашли признаки пубертата У мезозойской рептилии нашли признаки пубертата

Половое созревание у окаменелых амниот описали впервые

N+1
10 крупных секс-скандалов шоу-бизнеса, не считая Пи Дидди 10 крупных секс-скандалов шоу-бизнеса, не считая Пи Дидди

Как звезды теряли свой моральный облик и к чему это приводило

Maxim
«Быть собой: Новая теория сознания» «Быть собой: Новая теория сознания»

Восприятие — это результат предсказаний мозга насчет источников сигналов

N+1
Милые дикие кошки, которые на самом деле опасные и кровожадные Милые дикие кошки, которые на самом деле опасные и кровожадные

Даже не вздумайте гладить этих котеек!

Maxim
Хлеб, розы, химеры и секс: о чем говорили женщины-режиссеры на Каннском кинофестивале Хлеб, розы, химеры и секс: о чем говорили женщины-режиссеры на Каннском кинофестивале

Пять картин от женщин-режиссеров, которые нельзя пропустить

Forbes
Первый-второй. О классовом делении в современном обществе Первый-второй. О классовом делении в современном обществе

«Зачем стремиться к лучшему и что это такое — лучше?»

СНОБ
Нужно ли промывать рис перед готовкой: мнение экспертов Нужно ли промывать рис перед готовкой: мнение экспертов

Зачем люди промывают рис?

ТехИнсайдер
Работа до посинения Работа до посинения

Почему будет падать спрос на белых воротничков

РБК
Никогда не ешь перед сном эти продукты, если хочешь выспаться и проснуться свежей и в хорошем настроении Никогда не ешь перед сном эти продукты, если хочешь выспаться и проснуться свежей и в хорошем настроении

Невозможность нормально выспаться сильно ухудшает качество жизни

VOICE
Этнокультурный вектор устойчивого развития. Женщины Севера Этнокультурный вектор устойчивого развития. Женщины Севера

Современные тренды устойчивого развития меняют подходы к управлению

РБК
Что упало, не пропало Что упало, не пропало

Метеоритные кратеры на Земле

Наука и жизнь
Сверхзвуковой самолет Overture изменит центр тяжести в зависимости от скорости полета Сверхзвуковой самолет Overture изменит центр тяжести в зависимости от скорости полета

О внутренней конструкции будущего сверхзвукового самолета Overture

N+1
Правда ли, что Земля существует внутри черной дыры? Правда ли, что Земля существует внутри черной дыры?

Может ли Земля находиться внутри сингулярности?

ТехИнсайдер
Самый советский художник Самый советский художник

Памяти Ильи Кабакова

Weekend
Андрей Себрант: «Самые интересные профессии еще не появились» Андрей Себрант: «Самые интересные профессии еще не появились»

Кем быть в эпоху нестабильности с одной стороны, и расцвета технологий с другой?

РБК
«Посадить мысли на шпагат»: как наладить режим тренировок и питания — 3 совета «Посадить мысли на шпагат»: как наладить режим тренировок и питания — 3 совета

Что, если прислушаться к внутреннему голосу и быть настойчивыми, но гибкими?

Psychologies
«Магический реализм» Оуэна Уилсона «Магический реализм» Оуэна Уилсона

У Оуэна Уилсона много странностей и описать его сложно

Караван историй
Обсасывать и выбрасывать: на рынках Китая появилось странное блюдо из жареных камней Обсасывать и выбрасывать: на рынках Китая появилось странное блюдо из жареных камней

Кулинарное увлечение китайцев с жареной галькой потрясло интернет

ТехИнсайдер
Новая сцена Александринского театра Новая сцена Александринского театра

Команда Александринки сделала новую сцену прогрессивным междисцплинарным центром

Собака.ru
Нейл-табу: какие формы ногтей ненавидят мастера маникюра Нейл-табу: какие формы ногтей ненавидят мастера маникюра

Специалисты салонов рассказали, какие формы ногтей они не любят и почему

VOICE
«Развод снова лишил мою дочь отца»: история одного переезда и двух замужеств «Развод снова лишил мою дочь отца»: история одного переезда и двух замужеств

Почему возникшая в отношениях трещина неумолимо разводит нас в разные стороны

Psychologies
«Фонтан переполняется»: отрывок из первой части трилогии Ребекки Уэст «Фонтан переполняется»: отрывок из первой части трилогии Ребекки Уэст

Фрагмент романа «Фонтан переполняется» Ребекки Уэст

СНОБ
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
Изменение климата в Европе ведет к росту вирусных заболеваний, переносимых комарами Изменение климата в Европе ведет к росту вирусных заболеваний, переносимых комарами

Тенденция к потеплению делает условия приятнее для инвазивных видов комаров

ТехИнсайдер
Солнце, море, Дагестан Солнце, море, Дагестан

Отправляемся за пляжными развлечениями и не только в солнечный Дагестан

Лиза
Новый метод лечения малярии: паразита, передающего болезнь, можно сбить с толку Новый метод лечения малярии: паразита, передающего болезнь, можно сбить с толку

Если дезориентировать паразита, он не сможет заражать человека и размножаться

ТехИнсайдер
Марина Львова: «Это плавный эволюционный процесс» Марина Львова: «Это плавный эволюционный процесс»

Как начать путь к «бирюзовой» компании и чем это полезно бизнесу

РБК
Открыть в приложении