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

Почти вся пластиковая упаковка загрязнила пищу микропластиком Почти вся пластиковая упаковка загрязнила пищу микропластиком

Микро- и нанопоастик переходит из пластикосодержащей упаковки в еду и напитки

N+1
Детский мозг лучше приспособлен для восприятия целого мира, чем отдельных деталей Детский мозг лучше приспособлен для восприятия целого мира, чем отдельных деталей

Дети лучше взрослых схватывают целую картину мира

ТехИнсайдер
Излучение квазара подавило звездообразование в галактике из ранней Вселенной Излучение квазара подавило звездообразование в галактике из ранней Вселенной

Молекулярный газ ранней Вселенной разрушается под действием излучения квазара

N+1
Александр Тоболь Александр Тоболь

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

Собака.ru
10 незаслуженно забытых сериалов ужасов 10 незаслуженно забытых сериалов ужасов

Десятка сериалов, забытых жемчужин хоррора

Maxim
Откуда взялся мем про 40 кошек: ни одна женщина не обидится на эту шутку, если узнает ее происхождение Откуда взялся мем про 40 кошек: ни одна женщина не обидится на эту шутку, если узнает ее происхождение

Почему считается, что у сильной и независимой женщины должно быть 40 кошек?

VOICE
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
Золотое сечение Золотое сечение

5 советов от дизайнера, как улучшить интерьер с помощью формулы гармонии

Лиза
Легенда на все времена. Wrangler 2024, с новым мягким верхом и 6.4-литровым мотором Легенда на все времена. Wrangler 2024, с новым мягким верхом и 6.4-литровым мотором

Jeep Wrangler сохраняет за собой титул «легендарного внедорожника»

4x4 Club
Сверхпроводники бизнеса Сверхпроводники бизнеса

Что такое облачные квантовые платформы и для чего они нужны

РБК
Как арктические микроорганизмы строят себе железомарганцевый дом Как арктические микроорганизмы строят себе железомарганцевый дом

Бактерии формируют себе надежное убежище и одновременно создают запасы сырья

Наука
«Не сотвори себе кумира»: почему сериал «Кумир» — идеальный пример того, к чему приводит игнорирование конструктивной критики «Не сотвори себе кумира»: почему сериал «Кумир» — идеальный пример того, к чему приводит игнорирование конструктивной критики

За что сериал «Кумир» уже получил разгромную критику по всему миру

Правила жизни
Отброшенные ноги помогли бескрылым комарикам не замерзнуть насмерть Отброшенные ноги помогли бескрылым комарикам не замерзнуть насмерть

Как бескрылые комарики выживают при отрицательных температурах?

N+1
Перовскитные солнечные элементы потеряли менее двух процентов эффективности за тысячу часов Перовскитные солнечные элементы потеряли менее двух процентов эффективности за тысячу часов

Химики удержали органические катионы в перовскитных солнечных элементах

N+1
Почему Великая Тартария — миф? Почему Великая Тартария — миф?

Разбираемся, кто и почему придумал миф о великом государстве славяно-ариев

Maxim
Китай, нам надо культурно поговорить Китай, нам надо культурно поговорить

Что объединяет современных россиян и граждан КНР?

СНОБ
Борьба с домогательствами и самоирония: как женщины добивались равноправия в XXI веке Борьба с домогательствами и самоирония: как женщины добивались равноправия в XXI веке

Отрывок из книги Марисы Бейт «Периодическая таблица феминизма»

Forbes
Как на самом деле расшифровывается SOS Как на самом деле расшифровывается SOS

Как и когда изобрели сигнал SOS?

ТехИнсайдер
Миссия допустима: 5 случаев, когда можно шпионить за партнером Миссия допустима: 5 случаев, когда можно шпионить за партнером

По мнению экспертов, есть ситуации, в которых можно следить за партнером

VOICE
Больше не ешь Больше не ешь

В 2017 году у людей появилась возможность резко сбросить вес без строгих диет

N+1
Колибри не понравился сироп с повышенным содержанием спирта Колибри не понравился сироп с повышенным содержанием спирта

Слишком высокие дозы спирта для колибри чреваты интоксикацией

N+1
«После «Карнавальной ночи» я поехала за границу, а Гурченко не взяли», — рассказывала Тамара Носова «После «Карнавальной ночи» я поехала за границу, а Гурченко не взяли», — рассказывала Тамара Носова

От всесоюзной популярности и королевской роскоши — до полной нищеты и забвения

Караван историй
«Ты здесь, Бог? Это я, Маргарет»: фильм о девичестве, взрослении и религиозном поиске «Ты здесь, Бог? Это я, Маргарет»: фильм о девичестве, взрослении и религиозном поиске

Каким получился фильм «Ты здесь, Бог? Это я, Маргарет»

Forbes
Послеродовая депрессия бывает даже у молодых отцов. Вот как справиться с этим Послеродовая депрессия бывает даже у молодых отцов. Вот как справиться с этим

По оценкам исследований, послеродовой депрессии подвержены около 10% отцов

ТехИнсайдер
Отпуск в кредит Отпуск в кредит

С деньгами сложно, а ты не хочешь отменять запланированное путешествие мечты?

Лиза
В «коконе» умирающей звезды может скрываться источник гравитационных волн В «коконе» умирающей звезды может скрываться источник гравитационных волн

Ученые обнаружили найти новый небинарный источник гравитационных волн

ТехИнсайдер
Полюбить будни: как находить радость в повседневной жизни и рабочей рутине Полюбить будни: как находить радость в повседневной жизни и рабочей рутине

Отрывок из книги «Обычный вторник» — о том, как наполнить смыслом повседневность

Forbes
«Обжигающе горячий»: как чипсы Cheetos навсегда изменили жизнь Ричарда Монтаньеса «Обжигающе горячий»: как чипсы Cheetos навсегда изменили жизнь Ричарда Монтаньеса

Фильм о мексиканце, который завязал с криминалом и устроился на фабрику чипсов

Forbes
И на земле И на земле

Готовиться к бомбардировкам британцы начали задолго до войны

Дилетант
На краю земли На краю земли

Дизайнер Seasons Дарья Уланова вместе с друзьями отправилась на Сахалин

Seasons of life
Открыть в приложении