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

Археологи выявили остатки древнейшей окрашенной одежды в Нидерландах Археологи выявили остатки древнейшей окрашенной одежды в Нидерландах

Ученые нашли остатки ткани в погребении раннего железного века в Нидерландах

N+1
Братья наши равные Братья наши равные

Как президент США хотел защитить природу, а оказалось, что не от кого

Weekend
На Марсе нашли протяженные прибрежные осадочные отложения древнего океана На Марсе нашли протяженные прибрежные осадочные отложения древнего океана

Хотя поверхность Марса сухая, многие особенности рельефа ― древние речные дельты

N+1
Ошибка записи на диск Steam: 10 советов, как устранить эту проблему Ошибка записи на диск Steam: 10 советов, как устранить эту проблему

10 рабочих способов устранить ошибку записи на диск Steam

CHIP
«Если это не любовь, то что?»: созависимость в отношениях «Если это не любовь, то что?»: созависимость в отношениях

Почему мы выбираем холодных партнеров? Как отличить любовь от созависимости?

Psychologies
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
Крымов, Диденко и Gogol School: какие культурные проекты создают русские эмигранты Крымов, Диденко и Gogol School: какие культурные проекты создают русские эмигранты

Чем русские театральные деятели занимаются за границей

Forbes
Cмотрины для родинки Cмотрины для родинки

Иногда родинки могут доставить немало хлопот

Лиза
7 cамых известных советских актеров одной роли 7 cамых известных советских актеров одной роли

Таланты, которых публика помнит лишь за одного-единственного персонажа

Maxim
Нина Усатова Нина Усатова

Нина Николаевна выдает мощнейший перформанс про «простую русскую женщину»

Собака.ru
И в печали, и в радости: вся правда о влюбленности — плюсы и минусы чувства И в печали, и в радости: вся правда о влюбленности — плюсы и минусы чувства

Зачем вообще мы влюбляемся?

Psychologies
Мигрень повысила риск преждевременного инфаркта у женщин Мигрень повысила риск преждевременного инфаркта у женщин

У женщин с мигренью риск инфаркта миокарда и инсульта выше, чем у мужчин

N+1
«Малочисленные народы прекрасно интегрированы в современном обществе» «Малочисленные народы прекрасно интегрированы в современном обществе»

Об участии в современной экономике женщин коренных малочисленных народов

РБК
Riot Grrrl: как панк-музыка объединила женщин против патриархата Riot Grrrl: как панк-музыка объединила женщин против патриархата

Вспоминаем историю Riot Grrrl и рассказываем, о чем они пели в своих песнях

Forbes
Великая пустота Великая пустота

Монголия – наименее населенная страна мира

Вокруг света
От чуда в Стамбуле до камбэка «Манчестер Юнайтед»: самые драматичные финалы в футболе От чуда в Стамбуле до камбэка «Манчестер Юнайтед»: самые драматичные финалы в футболе

Если спорт — это эмоции, то футбол — это эмоции, возведенные в степень

Forbes
Как космические путешествия медленно убивают иммунитет человека: что ждет астронавтов будущего Как космические путешествия медленно убивают иммунитет человека: что ждет астронавтов будущего

Условия космических путешествий изменяют экспрессию генов астронавтов

ТехИнсайдер
Как избавиться от одиночества: 7 рабочих стратегий Как избавиться от одиночества: 7 рабочих стратегий

Советы от специалистов, которые помогут выбраться из состояния одиночества

ТехИнсайдер
Оказалось, что осьминоги умеют «на ходу» редактировать собственный геном за рекордные сроки Оказалось, что осьминоги умеют «на ходу» редактировать собственный геном за рекордные сроки

Осьминоги нашли невероятный способ защитить тонкие части своей нервной системы

ТехИнсайдер
5 лучших моделей купальников для женщин 50+: мнение стилистов 5 лучших моделей купальников для женщин 50+: мнение стилистов

Какие купальники будут комфортны и функциональны для женщин 50+?

VOICE
Самообесценивание: что это и как от него избавиться Самообесценивание: что это и как от него избавиться

Как преодолеть детских механизм защиты психики во взрослой жизни?

Psychologies
Цена переуступки Цена переуступки

Почему квартира по ипотеке «от застройщика» продается только с дисконтом

Деньги
Токсичная продуктивность и «успешный успех»: как выжить в культуре спешки Токсичная продуктивность и «успешный успех»: как выжить в культуре спешки

Почему же мы так часто выбираем гонку за карьерой, забывая о себе?

Psychologies
История с «Троицей»: почему объекты культуры передают религиозным организациям История с «Троицей»: почему объекты культуры передают религиозным организациям

Передача музейных ценностей конфессиям — новый культурно-религиозный передел?

Forbes
Ростов, Ельцин, монстр: какой получилась книга Андрея Подшибякина «Последний день лета» Ростов, Ельцин, монстр: какой получилась книга Андрея Подшибякина «Последний день лета»

Книга, которая погрузит слушателя в лихие ростовские 1990-е

Правила жизни
Мать всех английских монархов: история королевы Елизаветы Йоркской Мать всех английских монархов: история королевы Елизаветы Йоркской

Отрывок из книги «Елизавета Йоркская. Последняя Белая роза»

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?

ТехИнсайдер
Знай свои права! Как вернуть деньги, если услуга некачественная Знай свои права! Как вернуть деньги, если услуга некачественная

Как отстоять свои права потребителя?

VOICE
Эстетика простоты Эстетика простоты

Текучая, визуально чистая архитектура, игра света и магия искусства

SALON-Interior
Каждый день или раз в месяц: как часто нужно заниматься сексом — мнение психологов Каждый день или раз в месяц: как часто нужно заниматься сексом — мнение психологов

Много, мало, достаточно — можно ли применять эти понятия к интимным отношениям?

Psychologies
Открыть в приложении