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

Химики воспроизвели межзвездный синтез всех молекул цикла Кребса Химики воспроизвели межзвездный синтез всех молекул цикла Кребса

Химики в лаборатории синтезировали весь набор карбоновых кислот из цикла Кребса

N+1
Мидæмæ Мидæмæ

Как Мари Губиева ездила снимать историю про осетинские свадебные костюмы

Seasons of life
Японцы сделали роборуку с человеческими мышцами Японцы сделали роборуку с человеческими мышцами

Японские инженеры разработали биогибридную руку с человеческими мышцами

N+1
Art&Science ИТМО Art&Science ИТМО

Команда ИТМО — главные в Росси по Art&Science: науке, искусству и технологиям

Собака.ru
История человеческого тела История человеческого тела

Эволюция, здоровье и болезни

kiozk originals
Разработан метод, который позволяет с вероятностью 99% определить статью, написанную чат-ботом Разработан метод, который позволяет с вероятностью 99% определить статью, написанную чат-ботом

Создан инструмент для идентификации академических научных текстов, созданных ИИ

ТехИнсайдер
Ловушки бортового питания: от какой еды и напитков стюардессы отказываются в полете Ловушки бортового питания: от какой еды и напитков стюардессы отказываются в полете

Некоторые закономерности и слабые места в вопросе бортового питания

VOICE
Цветы как терапия Цветы как терапия

7 причин сделать флористику своим хобби

Лиза
Ученья идут: какие технологии и почему закрепились в сфере образования Ученья идут: какие технологии и почему закрепились в сфере образования

Как нейросети изменяют сферу образования?

Forbes
Деменцию у собак оценили по скорости ходьбы без поводка Деменцию у собак оценили по скорости ходьбы без поводка

Скорость ходьбы собаки без поводка может служить показателем ее деменции

N+1
Марина Львова: «Это плавный эволюционный процесс» Марина Львова: «Это плавный эволюционный процесс»

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

РБК
Подвиг, который всегда с тобой Подвиг, который всегда с тобой

«Снегирь»: лучший фильм Бориса Хлебникова

Weekend
После сотрясения мозг исцеляет себя глубоким сном После сотрясения мозг исцеляет себя глубоким сном

Мозг после травмы погружает пострадавшего в сон более глубокий, чем обычно

ТехИнсайдер
Как выжить в вынужденной эмиграции и не потерять себя: 5 советов из личного опыта Как выжить в вынужденной эмиграции и не потерять себя: 5 советов из личного опыта

Как более менее пройти кризис миграции?

Psychologies
Не повод для знакомства: радости и горести секса без обязательств Не повод для знакомства: радости и горести секса без обязательств

Наша колумнистка Марта Кетро рассказывает об особенностях "только секса"

VOICE
Ген рецептора калиевого канала оказался ответственным за высоту человеческого голоса Ген рецептора калиевого канала оказался ответственным за высоту человеческого голоса

Что отвечает за высоту человеческого голоса?

N+1
Что делать, если DNS сервер не отвечает Что делать, если DNS сервер не отвечает

Что делать при появлении ошибки DNS сервер не отвечает?

CHIP
Как сделать рабочее место источником энергии: правильно организуем пространство для работы Как сделать рабочее место источником энергии: правильно организуем пространство для работы

Как сделать пространство для работы максимально комфортным

ТехИнсайдер
Лунная красотка: почему с подиума пропала супермодель Надя Ауэрманн и что она делает сейчас Лунная красотка: почему с подиума пропала супермодель Надя Ауэрманн и что она делает сейчас

В 1990-е Надя Ауэрманн была одной из самых востребованных и знаменитых моделей

VOICE
Кредитные риски не отпускают Кредитные риски не отпускают

Международные инвесторы переводят средства на рынки развивающихся стран

Деньги
Солнечная защита Земли: новые детали Солнечная защита Земли: новые детали

Галактические космические лучи — очень опасный тип радиации

Наука и жизнь
Цветочный спецназ Цветочный спецназ

Разбить сад буквально за пару часов на пустом месте? Это возможно!

Лиза
Самые фотогеничные локации Подмосковья: кто сказал, что за красивыми кадрами нужно далеко ехать? Самые фотогеничные локации Подмосковья: кто сказал, что за красивыми кадрами нужно далеко ехать?

Живописные места Подмосковья

Maxim
Как игровая школа росла быстрее рынка и выручила 315 млн рублей в 2022 году Как игровая школа росла быстрее рынка и выручила 315 млн рублей в 2022 году

Как школа игровой разработки XYZ превратилась в полноценный бизнес

Forbes
Фильмы, меняющие жизнь | Movies That Change Lives Фильмы, меняющие жизнь | Movies That Change Lives

Оценка социального импакта кино и практики доказательности в кинопроизводстве

Позитивные изменения
Допрос с бесчувствием Допрос с бесчувствием

«Копенгагена не существует»: «Секс, ложь и видео» эпохи самоизоляции

Weekend
Что такое гастрономический жанр в кино и с чем его едят Что такое гастрономический жанр в кино и с чем его едят

«Сноб» окидывает взглядом историю жанра и прослеживает путь еды в истории кино

СНОБ
«Тайны души» «Тайны души»

Социальная и культурная история психоанализа

N+1
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
Сергей Салкуцан: «Очаги цифровизации возникают в разных областях знаний» Сергей Салкуцан: «Очаги цифровизации возникают в разных областях знаний»

Как меняется наука сегодня и может ли ИИ заменить ученого?

РБК
Открыть в приложении