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

Останки людей из Атапуэрки датировали эпохой раннего неолита Останки людей из Атапуэрки датировали эпохой раннего неолита

Ученые исследовали останки людей, найденные на памятнике Галерея-дель-Силекс

N+1
Идеальный пикник: 8 классных идей Идеальный пикник: 8 классных идей

Как организовать идеальное мероприятие на природе?

Караван историй
Вопрос, который волнует многих: попадет ли когда-нибудь прыгающий логотип DVD четко в угол? Вопрос, который волнует многих: попадет ли когда-нибудь прыгающий логотип DVD четко в угол?

Сколько времени пришлось бы ждать, чтобы застать попадание логотипа в угол?

TechInsider
Натальный квартет Натальный квартет

«Бэби-тур»: Василий Сигарев о прекрасной России прошлого

Weekend
Используй ложку и телефон: 20 способов доставить себе удовольствие Используй ложку и телефон: 20 способов доставить себе удовольствие

Двадцать разных способов мастурбации на любой вкус и цвет

Cosmopolitan
О вкусах спорят? Узнайте правила кулинарии, которые можно игнорировать! О вкусах спорят? Узнайте правила кулинарии, которые можно игнорировать!

Правда, что не стоит мыть грибы и готовить на оливковом масле?

TechInsider
Австралийские палеонтологи описали самого крупного сцинка Австралийские палеонтологи описали самого крупного сцинка

Ящерица из плейстоценовой Австралии дорастала до 60 сантиметров в длину

N+1
«Кто-то где-то»: драмеди о том, как женщина ищет смысл жизни посреди ничего «Кто-то где-то»: драмеди о том, как женщина ищет смысл жизни посреди ничего

«Кто-то где-то» настолько хороший сериал, что его не стоит пропускать

Forbes
Как положение языка во рту влияет на наше здоровье: странный фактор, о котором вы не знали Как положение языка во рту влияет на наше здоровье: странный фактор, о котором вы не знали

Как может правильное положение языка влиять на все наше тело?

TechInsider
Платья Дороти и «суеверные туфли»: что носила звезда мюзиклов Джуди Гарленд Платья Дороти и «суеверные туфли»: что носила звезда мюзиклов Джуди Гарленд

Джуди Гарленд не стала иконой стиля, но свой след в моде оставила

Правила жизни
Правда ли, что в музеях выставляют настоящие кости динозавров? Правда ли, что в музеях выставляют настоящие кости динозавров?

Почему не разлагаются кости динозавров?

TechInsider
Без потерь Без потерь

О поисках пропавших людей, справедливости и самой себя рассказала Мила Ершова

OK!
Узоры Поволжья Узоры Поволжья

Небольшая Республика Марий Эл в основном известна своей столицей

Отдых в России
Как магазины становятся умными Как магазины становятся умными

О том, как нейросеть VIJU мониторит ритейл

Деньги
Клим Шипенко: «Космос точно вызывает зависимость» Клим Шипенко: «Космос точно вызывает зависимость»

История от первого режиссера, который побывал в космосе, и привез оттуда фильм!

Maxim
Юридический язык документов не понравился юристам Юридический язык документов не понравился юристам

Упрощенные договоры юристы оценили выше и запомнили лучше

N+1
«Пятница!» — это фабрика хороших новостей» «Пятница!» — это фабрика хороших новостей»

Своей невероятной энергией Тина Канделаки заряжает легко и сразу

OK!
Астрономы открывают новую эру в исследовании экзопланет: эру прямых наблюдений Астрономы открывают новую эру в исследовании экзопланет: эру прямых наблюдений

Астрономы получили прямые снимки одной из самых маленьких планет

TechInsider
5 лучших книг по мотивам игр 5 лучших книг по мотивам игр

Книги, которые позволят вам окунуться во вселенную любимых видеоигр

Maxim
Меценат, любитель дорогих авто и легендарный игрок: Ибрагимович завершил карьеру Меценат, любитель дорогих авто и легендарный игрок: Ибрагимович завершил карьеру

Златан Ибрагимович объявил о завершении карьеры

Forbes
Все фильмы про трансформеров: от худших к лучшему Все фильмы про трансформеров: от худших к лучшему

Киноэпопея про сложную дружбу человечества с автоботами затянулась на славу

Maxim
«Авада Вендетта». Нейросеть превратила героев «Гарри Поттера» в итальянцев «Авада Вендетта». Нейросеть превратила героев «Гарри Поттера» в итальянцев

Получилась альтернативная версия «Крестного отца».

Правила жизни
Дубайская земля Дубайская земля

Сложно представить, но лет сорок назад Дубай был сонной рыбацкой деревушкой

Robb Report
Ролевые онлайн-игры: как предотвратить подмену цифровой личности Ролевые онлайн-игры: как предотвратить подмену цифровой личности

Какими инструментами можно решить проблему подмены цифровой личности

Forbes
Этот невероятно точный тест расскажет о вас то, о чем вы даже не догадывались! Просто взгляните на картинку... Этот невероятно точный тест расскажет о вас то, о чем вы даже не догадывались! Просто взгляните на картинку...

Этот тест раскроет черты характера, которые вы в себе не замечали

TechInsider
Совместное творчество: как искусство пришло в индустрию красоты Совместное творчество: как искусство пришло в индустрию красоты

Рассказываем о точках соприкосновения мира искусства и индустрии красоты

Правила жизни
Эдгар Шабанов Эдгар Шабанов

Эдгар Шабанов за последние полтора года привез в Россию 300 новых брендов

Собака.ru
Cкорая помощь из сада Cкорая помощь из сада

Под рукой нет аптечки? Некоторые растения работают не хуже таблеток

Лиза
Русский рыболовный корабль попал в шторм. Рецензия на фильм «Снегирь» Русский рыболовный корабль попал в шторм. Рецензия на фильм «Снегирь»

Почему новый фильм «Снегирь» Бориса Хлебникова можно назвать политическим

СНОБ
Ищу хорошего психолога Ищу хорошего психолога

Найти хорошего психолога самостоятельно непросто

Лиза
Открыть в приложении