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

Начало неолита на северо-западе Южной Азии сдвинули примерно на три тысячи лет Начало неолита на северо-западе Южной Азии сдвинули примерно на три тысячи лет

Почему ученые пересмотрели хронологию поселения Мехргарх?

N+1
Зачем мы на самом деле ходим в рестораны: 5 причин Зачем мы на самом деле ходим в рестораны: 5 причин

Что нам дает прием пищи не дома, а в соответствующих заведениях?

Psychologies
«Алхимики» на БАК все-таки превратили свинец в золото, но получилось очень мало «Алхимики» на БАК все-таки превратили свинец в золото, но получилось очень мало

Мечта средневековых алхимиков сбылась: ученые трансмутировали свинец в золото

ТехИнсайдер
4 правила идеальной лжи: как говорить неправду и выглядеть убедительным 4 правила идеальной лжи: как говорить неправду и выглядеть убедительным

Бывший специальный агент ФБР Джон Шафер раскрывает секреты идеальной лжи

Psychologies
Что делать, если змея заползла на дачу: краткий совет и полный гайд для тех, кто любит животных Что делать, если змея заползла на дачу: краткий совет и полный гайд для тех, кто любит животных

Как убрать с дачного участка заползшую змею

ТехИнсайдер
Александр Жигалкин: «Дети-актеры не капризничают. Они понимают, что пришли не просто проводить время, а работать» Александр Жигалкин: «Дети-актеры не капризничают. Они понимают, что пришли не просто проводить время, а работать»

«Папины дочки» очень быстро стали безумно популярными и остаются до сих пор

Коллекция. Караван историй
4 причины, по которым у женщин болит спина: найди и устрани свою! 4 причины, по которым у женщин болит спина: найди и устрани свою!

Самые распространенные причины болей в спине

VOICE
«Я увидел, через какие испытания прошла жена»: Сергей Сафронов рассказал, как присутствовал на родах «Я увидел, через какие испытания прошла жена»: Сергей Сафронов рассказал, как присутствовал на родах

Иллюзионист и телеведущий Сергей Сафронов присутствовал на родах младшей дочери

VOICE
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
Александр Тоболь Александр Тоболь

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

Собака.ru
«Мне 59, ему 22»: почему зрелые женщины сексуально привлекают молодых мужчин «Мне 59, ему 22»: почему зрелые женщины сексуально привлекают молодых мужчин

Почему зрелые женщины заводят отношения с мужчинами сильно младше себя?

Psychologies
Ошибка 0x80070422: когда она появляется, и как ее исправить Ошибка 0x80070422: когда она появляется, и как ее исправить

Как исправить ошибку 0x80070422 при обновлении Windows 10

CHIP
Нелегкий вопрос. Могут ли тополя менять пол и как избавиться от пуха Нелегкий вопрос. Могут ли тополя менять пол и как избавиться от пуха

Можно ли вывести тополя без пуха и как спасаться от него прямо сейчас?

СНОБ
Английский Гитлер Английский Гитлер

Освальд Эрнальд Мосли известен советским людям по фильму «Обыкновенный фашизм»

Дилетант
Как избавиться от храпа женщине и мужчине и почему человек храпит Как избавиться от храпа женщине и мужчине и почему человек храпит

Почему человек храпит?

РБК
Как детские травмы влияют на карьеру и успешность Как детские травмы влияют на карьеру и успешность

О взаимосвязи карьеры и психотравм раннего возраста рассказывает супервизор

Psychologies
Господь создал Еву из ребра Адама, а Виктор Калнберз стал первым хирургом СССР, который провел операцию по смене пола Господь создал Еву из ребра Адама, а Виктор Калнберз стал первым хирургом СССР, который провел операцию по смене пола

Именно в СССР впервые была проведена операция по смене пола

ТехИнсайдер
Формула везения: можно ли объяснить удачу с научной точки зрения Формула везения: можно ли объяснить удачу с научной точки зрения

Что делать, чтобы удачные случайности стали происходить чаще?

Forbes
Twisted собрал свой первый Suzuki Jimny, с модным кожаным салоном и турбонаддувом Twisted собрал свой первый Suzuki Jimny, с модным кожаным салоном и турбонаддувом

Крошечный спартанский внедорожник, получивший премиальное обновление

4x4 Club
Зубами щелк… Зубами щелк…

Почему щелкает челюсть и как с этим справиться

Лиза
Юдит Шалански: «Каталог утраченных вещей». Удержать прошлое в памяти Юдит Шалански: «Каталог утраченных вещей». Удержать прошлое в памяти

Отрывок из романа-попытки Юдит Шалански оживить прошлое и погрустить об ушедшем

СНОБ
Рынок на десятки миллиардов: что такое ЦФА, как туда инвестировать и зачем это нужно Рынок на десятки миллиардов: что такое ЦФА, как туда инвестировать и зачем это нужно

Почему ЦФА могут быть интересны как инвестиционные активы

Forbes
Что пишут о фильме «Человек-паук: Паутина вселенных»? Что пишут о фильме «Человек-паук: Паутина вселенных»?

Получилось ли у фильма «Человек-паук: Паутина вселенных» задрать планку?

Правила жизни
Солнце, море, Дагестан Солнце, море, Дагестан

Отправляемся за пляжными развлечениями и не только в солнечный Дагестан

Лиза
Доверительные отношения: как научить ребенка рассказывать о проблемах — 3 главных принципа воспитания Доверительные отношения: как научить ребенка рассказывать о проблемах — 3 главных принципа воспитания

Как приучить детей говорить о переживаниях, чувствах и проблемах?

Psychologies
Как выбрать правильное каре: 4 золотых лайфхака от стилиста для идеальной стрижки Как выбрать правильное каре: 4 золотых лайфхака от стилиста для идеальной стрижки

Как добиться идеальной формы и оптимальной длины каре

VOICE
12 лучших и интересных шпионских фильмов СССР 12 лучших и интересных шпионских фильмов СССР

Необходимые для полноты картины советские шпионские триллеры 80-х

Maxim
Доклад ООН: 90% людей в мире живут с предрассудками о мужчинах и женщинах Доклад ООН: 90% людей в мире живут с предрассудками о мужчинах и женщинах

Насколько гендерные стереотипы распространены по всему миру?

Forbes
Враг в отражении Враг в отражении

Как узнать, кто навел порчу или сглаз? 6 способов выявить недоброжелателя

Лиза
Алькасар. «Всё спокойно» Алькасар. «Всё спокойно»

Как древняя фортификация Алькасар получила мировую известность

Дилетант
Открыть в приложении