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

Крокодилов привлекли крики человеческих младенцев Крокодилов привлекли крики человеческих младенцев

Дети в состоянии стресса — легкая добыча для крокодилов

N+1
Дроны, тепловизоры и 3D-модели: технологии, которые спасают наши леса Дроны, тепловизоры и 3D-модели: технологии, которые спасают наши леса

Какие современные технологии помогают спасать деревья с воздуха

TechInsider
Вопрос, который волнует многих: попадет ли когда-нибудь прыгающий логотип DVD четко в угол? Вопрос, который волнует многих: попадет ли когда-нибудь прыгающий логотип DVD четко в угол?

Сколько времени пришлось бы ждать, чтобы застать попадание логотипа в угол?

TechInsider
Если вы пострадали от домашнего насилия: что нужно знать — 9 полезных выводов Если вы пострадали от домашнего насилия: что нужно знать — 9 полезных выводов

Насилие может быть не только физическим

Psychologies
Как повысить эффективность обучения: 5 научных методов Как повысить эффективность обучения: 5 научных методов

Как быстрее и эффективнее подготовиться к экзамену или выучить новый язык?

Psychologies
Эпоха возрождения Эпоха возрождения

В Мозамбике после гражданской войны восстанавливают Национальный парк Горонгоза

Robb Report
ChatGPT разработал своего первого робота ChatGPT разработал своего первого робота

Могут ли роботы создавать роботов?

TechInsider
Ожерелье городов Ожерелье городов

Зарайск, Серпухов и Дмитров – три старинных самобытных города

Отдых в России
Кто твой главный враг по знаку зодиака? Кто твой главный враг по знаку зодиака?

В кого из знаков зодиака тебе лучше всего кинуть Магическим шаром?

VOICE
Слитые фото, бомбы, кислота: как сталкеры преследуют звезд и превращают их жизнь в ад Слитые фото, бомбы, кислота: как сталкеры преследуют звезд и превращают их жизнь в ад

Иногда здоровый интерес к жизни знаменитостей переходит в настоящую одержимость

VOICE
Горькая истина: почему огурцы горчат и как избавиться от этого неприятного привкуса Горькая истина: почему огурцы горчат и как избавиться от этого неприятного привкуса

Горечь — это защитный механизм огурца, но можно ли с ним что-то сделать?

TechInsider
«Толкиеновское Средиземье»: как Алексей Карахан открыл турбазу «Молодость» на Алтае «Толкиеновское Средиземье»: как Алексей Карахан открыл турбазу «Молодость» на Алтае

Алексей Карахан — о том, что такое современная и комфортная турбаза

Forbes
Артем Злобин Артем Злобин

Ученик Льва Эренбурга дебютировал в режиссуре в 23 года

Собака.ru
MIA BOYKA MIA BOYKA

MIA BOYKA научилась выигрывать в борьбе за внимание

Собака.ru
Свинка не та, кем кажется Свинка не та, кем кажется

«Свинка» — бодипозитивный хоррор о свинском поведении

Weekend
Строго по трафику: Минцифры заставляет операторов самих блокировать веб-ресурсы Строго по трафику: Минцифры заставляет операторов самих блокировать веб-ресурсы

Минцифры хочет заставить операторов блокировать все запрещенные интернет-ресурсы

Forbes
Когда не стоит возвращаться к бывшему: 5 неправильных поводов Когда не стоит возвращаться к бывшему: 5 неправильных поводов

В каких случаях не стоит давать себе и партнеру второй шанс

Psychologies
Выставка Леонида Шервуда в Русском музее Выставка Леонида Шервуда в Русском музее

Леонид Владимирович Шервуд родился в Москве 16 (28) апреля 1871 года

Наука и жизнь
Аркадий Столпнер Аркадий Столпнер

Аркадий Столпнер делал диагностическую сеть одной из крупнейших в стране

Собака.ru
Вулканы нивелируют пятую часть антропогенного нагрева атмосферы в XXI веке Вулканы нивелируют пятую часть антропогенного нагрева атмосферы в XXI веке

Сульфатные аэрозоли вулканического происхождения сильно охлаждают климат

N+1
Дресс-код и шутки о погоде: что нужно знать женщине-экспату, чтобы вести бизнес в ОАЭ Дресс-код и шутки о погоде: что нужно знать женщине-экспату, чтобы вести бизнес в ОАЭ

Сложно ли женщине вести бизнес в ОАЭ?

Forbes
Что произойдет, если Земля начнет вращаться быстрее? Что произойдет, если Земля начнет вращаться быстрее?

Что будет, если наши привычные 24 часа в сутках сократятся?

TechInsider
У ИИ бывают «галлюцинации», но не такие, как у человека У ИИ бывают «галлюцинации», но не такие, как у человека

Какие галлюцинации видит искусственный интеллект?

TechInsider
Пережил бомбардировки и ненавидит славу: Йокич — самый необычный чемпион НБА Пережил бомбардировки и ненавидит славу: Йокич — самый необычный чемпион НБА

Как мальчик из небольшого сербского городка превратился в нетипичную звезду НБА

Forbes
6 западных продуктов, от которых навсегда отказалась диетолог из Японии (и чем она их заменила) 6 западных продуктов, от которых навсегда отказалась диетолог из Японии (и чем она их заменила)

Продукты, которые исключают из своего рациона японцы

Psychologies
Как культура нарциссизма заставляет нас быть перфекционистами и страдать Как культура нарциссизма заставляет нас быть перфекционистами и страдать

Что стоит за перфекционизмом и почему от него стоит отказаться?

Psychologies
Целый зоопарк: необычные домашние питомцы звезд — осел, обезьяна и даже свинья Целый зоопарк: необычные домашние питомцы звезд — осел, обезьяна и даже свинья

Эти звезды проявили фантазию при поиске питомца

VOICE
Отличные партнеры, но ужасные соседи: гостевой брак — кому подойдет такой тип отношений Отличные партнеры, но ужасные соседи: гостевой брак — кому подойдет такой тип отношений

Возможно ли сохранить любовь и растить детей, если вы живете раздельно?

Psychologies
Дорогой Кент: лучшие фильмы, сериалы и мультфильмы о Супермене Дорогой Кент: лучшие фильмы, сериалы и мультфильмы о Супермене

Лучшие фильмы, сериалы, мультфильмы о приключениях Кларка Кента и его альтер эго

Правила жизни
Этнокультурный вектор устойчивого развития. Женщины Севера Этнокультурный вектор устойчивого развития. Женщины Севера

Современные тренды устойчивого развития меняют подходы к управлению

РБК
Открыть в приложении