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

Выдр уличили в охоте на пингвинов Выдр уличили в охоте на пингвинов

Ученые зафиксировали нападения выдр на пингвинов в ЮАР

N+1
«Дегенераты у власти», или Диагноз доктора Кронфельда «Дегенераты у власти», или Диагноз доктора Кронфельда

В мае 1932 года Адольф Гитлер подал в суд за клевету на журналиста Вернера Абеля

Дилетант
У берегов Сингапура нашли 3,5 тонны средневековой китайской посуды У берегов Сингапура нашли 3,5 тонны средневековой китайской посуды

С давних времен остров Сингапур выступал важным перевалочным пунктом для моряков

N+1
Математики научили нейросеть предсказывать будущее. Пока не слишком далекое Математики научили нейросеть предсказывать будущее. Пока не слишком далекое

Исследование показало, как мозг предсказывает будущее в режиме реального времени

ТехИнсайдер
Почему телефон долго заряжается: 8 самых популярных причин Почему телефон долго заряжается: 8 самых популярных причин

Все случаи, следствием которых может стать медленная зарядка аккумулятора

CHIP
Как сделать QR код и зачем он нужен Как сделать QR код и зачем он нужен

Рассказываем о том, как легко и быстро создать QR код

CHIP
Готовимся к отпуску: как правильно чистить чемодан Готовимся к отпуску: как правильно чистить чемодан

Как правильно почистить чемодан из ткани и из пластика

ТехИнсайдер
Тося Чайкина Тося Чайкина

Королева непредсказуемых фитов и певица из среды академических музыкантов

Собака.ru
Ссора с Паркер ни при чем: вот почему Ким Кэттролл никогда не хотела играть Саманту — отказывалась пять раз! Ссора с Паркер ни при чем: вот почему Ким Кэттролл никогда не хотела играть Саманту — отказывалась пять раз!

Почему Ким Кэттролл не хотела сниматься в сериале "Секс в большом городе"

VOICE
Как превратить дело жизни в успешный бизнес: интервью с владельцем отеля «Гельвеция» Юнисом Теймурханлы Как превратить дело жизни в успешный бизнес: интервью с владельцем отеля «Гельвеция» Юнисом Теймурханлы

Юнис Теймурханлы — как за годы изменился Санкт-Петербург и отель “Гельвеция”

Правила жизни
Новая жизнь биотехнологий Новая жизнь биотехнологий

Биотехнологии стали драйвером развития многих важных областей экономики

РБК
Суд бульварной истории Суд бульварной истории

«Мое преступление»: Франсуа Озон и феминизм

Weekend
Почему вам стоит купить масло черного тмина: плюсы и минусы Почему вам стоит купить масло черного тмина: плюсы и минусы

Масло черного тмина содержит множество полезных веществ

ТехИнсайдер
Денис Прытков Денис Прытков

Главный кинодебютант года влюбил всю страну в обаятельного интерна-реаниматолога

Собака.ru
Делиться ли проблемами с близкими? Делиться ли проблемами с близкими?

Стоит ли делиться наболевшим с близкими? Или наш долг — оградить их от забот?

Psychologies
На чужом несчастье: как Стинг разрушил свой брак ради настоящей любви На чужом несчастье: как Стинг разрушил свой брак ради настоящей любви

Долгие семейные союзы в Голливуде редкость, но Стинг и Труди — исключение

VOICE
Электронный рецепт Электронный рецепт

Как получить электронный рецепт на лекарства и правильно использовать

Лиза
Любящие читать дети имеют больший мозг, благодаря этому они становятся более счастливыми и умными подростками Любящие читать дети имеют больший мозг, благодаря этому они становятся более счастливыми и умными подростками

Как связаны любовь к книгам в детстве и счастливое юношество?

ТехИнсайдер
Дофамин помогает мозгу отсекать неработающие варианты поиска Дофамин помогает мозгу отсекать неработающие варианты поиска

Дофамин — это не просто гормон, а инструмент обучения

ТехИнсайдер
Почему метиловый спирт попадает в напитки Почему метиловый спирт попадает в напитки

Как метиловый спирт вообще попадает в напитки?

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

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

РБК
Пропускать душ и грызть ногти: 6 детских привычек, которые вообще-то полезны Пропускать душ и грызть ногти: 6 детских привычек, которые вообще-то полезны

Неэстетичные привычки, которые идут детям лишь на пользу

Psychologies
Как определить форму лица и можно ли ее исправить Как определить форму лица и можно ли ее исправить

Какие формы лица существуют и как определить свою?

РБК
«Каждый нуждается в тепле и свете». Как автор «Муми-троллей» сделала детскую литературу взрослой «Каждый нуждается в тепле и свете». Как автор «Муми-троллей» сделала детскую литературу взрослой

Туве Янссон на равных говорила с маленькими читателями об одиночестве и смерти

СНОБ
«Импортозамещение возможно при наличии научно-производственной базы» «Импортозамещение возможно при наличии научно-производственной базы»

О локализации оборудования и программного обеспечения для промышленности

РБК
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
Школа юмора и любви к себе и окружающим: каким получился финал сериала «Тед Лассо» Школа юмора и любви к себе и окружающим: каким получился финал сериала «Тед Лассо»

В чем секрет успеха «Теда Лассо» и каким получился последний сезон

Forbes
Стоит ли инвестировать в автомобили и как это делать выгодно: 3 способа Стоит ли инвестировать в автомобили и как это делать выгодно: 3 способа

Можно ли заработать на инвестициях в автомобили?

РБК
Дизайнеры, чиновники, маркетологи: кто еще может скоро потерять работу из-за ИИ Дизайнеры, чиновники, маркетологи: кто еще может скоро потерять работу из-за ИИ

Кого генеративный ИИ уже вытеснил с рынка труда и кого заменит в будущем

Forbes
Вера Васильева: «Нужно быть готовым к любым поворотам судьбы и любить жизнь» Вера Васильева: «Нужно быть готовым к любым поворотам судьбы и любить жизнь»

Актриса Вера Васильева о детстве, театре и заботе

Коллекция. Караван историй
Открыть в приложении