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

Чилийцы переоткрыли скрывавшуюся почти 130 лет лягушку Чилийцы переоткрыли скрывавшуюся почти 130 лет лягушку

В Чили спустя 130 лет переоткрыли полосатого шипогруда

N+1
5 мифов об энергетических напитках 5 мифов об энергетических напитках

Почему некоторые боятся энергетических напитков?

Maxim
Британские ученые заявили, что родители передают «страх перед математикой» своим детям Британские ученые заявили, что родители передают «страх перед математикой» своим детям

Как «тревожность из-за математики» может передаваться от родителей детям

ТехИнсайдер
Дать отпор и справиться с бессилием: чем полезна злость — 5 неочевидных преимуществ Дать отпор и справиться с бессилием: чем полезна злость — 5 неочевидных преимуществ

Почему опасен запрет на агрессию и какие бонусы на самом деле несет это чувство?

Psychologies
Сомнолог: после 20 часов без сна мозг теряет способность мыслить трезво Сомнолог: после 20 часов без сна мозг теряет способность мыслить трезво

Префронтальная кора не может нормально работать, если человек не высыпается

Inc.
Секс без обязательств: вред или польза — узнайте правду Секс без обязательств: вред или польза — узнайте правду

О плюсах и минусах мимолетных встреч

Psychologies
«Это наживается нервами десятилетий, а конфискуется в одну ночь» «Это наживается нервами десятилетий, а конфискуется в одну ночь»

Александр Солженицын о правилах выживания

Weekend
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
Шея девочки была обвита пуповиной: дочь Брюса Уиллиса пережила тяжелые домашние роды Шея девочки была обвита пуповиной: дочь Брюса Уиллиса пережила тяжелые домашние роды

Румер Уиллис раскрыла шокирующие подробности рождения первенца

VOICE
5 признаков, что вы — жертва эмоционального насилия 5 признаков, что вы — жертва эмоционального насилия

Каким бывает эмоциональное насилие и почему мы предпочитаем о нем молчать?

Psychologies
«Все равно надо двигаться дальше»: когда полезно игнорировать чувства — необычный взгляд на проблемы «Все равно надо двигаться дальше»: когда полезно игнорировать чувства — необычный взгляд на проблемы

В чем польза перестать прислушиваться к собственным чувствам

Psychologies
3 вещи, которые старят и прибавляют вес женщинам после 40 лет: мнение эксперта 3 вещи, которые старят и прибавляют вес женщинам после 40 лет: мнение эксперта

Гардероб после сорока лет — это не сплошные правила и отказы

VOICE
Мифы о штрафах. Об этом не знают даже опытные водители Мифы о штрафах. Об этом не знают даже опытные водители

Можно ли нарушать ПДД с работающей «аварийкой» и другие мифы

РБК
Неолитические жители Далмации оказались овцеводами Неолитические жители Далмации оказались овцеводами

В начале VI тысячелетия до нашей эры в Далмации проживали овцеводы

N+1
Под Суздалем нашли печать Юрия Долгорукого Под Суздалем нашли печать Юрия Долгорукого

Археологи рассказали о результатах раскопок на селище Спасское городище-7

N+1
Чек-лист токсичного врача: 5 тревожных звоночков Чек-лист токсичного врача: 5 тревожных звоночков

Как распознать токсичного врача, чтобы вовремя поменять специалиста?

Psychologies
Детство с полуголыми женщинами: как сложилась жизнь сына основателя Playboy Хью Хефнера и зачем он раздевается за деньги Детство с полуголыми женщинами: как сложилась жизнь сына основателя Playboy Хью Хефнера и зачем он раздевается за деньги

Почему Марстон Хефнер попал в заголовки?

VOICE
Что за игра Genshin Impact и почему она так популярна Что за игра Genshin Impact и почему она так популярна

Как игра китайской студии miHoYo стала настоящим феноменом

Maxim
Сопки, бухты, острова Сопки, бухты, острова

Можно ли понять и полюбить незнакомый город всего за пару дней?

Отдых в России
Проклятие «Титаника»: почему говорят, что спустя 111 лет лайнер продолжает губить людей Проклятие «Титаника»: почему говорят, что спустя 111 лет лайнер продолжает губить людей

Когда «Титаник» потерпел крушение, тут же поползли слухи о проклятии

VOICE
Поехали! Поехали!

Как сделать из катания на роликах грамотную тренировку?

Лиза
Вопрос психологу: почему созависимые люди продолжают страдать в паре Вопрос психологу: почему созависимые люди продолжают страдать в паре

Можно ли выбраться из созависимости? Есть ли шанс на счастье в подобной связи?

Правила жизни
Самый громкий звук в истории человечества, который облетел Землю четыре раза Самый громкий звук в истории человечества, который облетел Землю четыре раза

Извержение Кракатау, концерт The Who и другие самые громкие звуки

ТехИнсайдер
Почему в последние годы в лесах стало так много клещей, а в СССР их были единицы, и существует ли прививка от их укусов? Почему в последние годы в лесах стало так много клещей, а в СССР их были единицы, и существует ли прививка от их укусов?

Почему в последние годы в России стало так много клещей

ТехИнсайдер
23-летний россиянин съеден акулой. Почему нас ужасают такие события? 23-летний россиянин съеден акулой. Почему нас ужасают такие события?

Почему психика ярко реагирует на драматичные истории гибели людей?

Psychologies
«Подсознание: великолепная история человечества» «Подсознание: великолепная история человечества»

Как сны формируют наш мир и нас самих

N+1
Трупная ткань может стать «эликсиром молодости» для кожи! Попробуете? Трупная ткань может стать «эликсиром молодости» для кожи! Попробуете?

Трупные клетки помогут вашей коже омолодиться

ТехИнсайдер
«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
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?

ТехИнсайдер
Эпоха «посткремниевой долины» Эпоха «посткремниевой долины»

В России создается элементная база, работающая на новых физических принципах

Наука
Открыть в приложении