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

Буддийские и даосские храмы Китая оказались убежищами для вековых деревьев Буддийские и даосские храмы Китая оказались убежищами для вековых деревьев

На территории буддийских и даосских храмов Китая сохранились вековые деревья

N+1
Что мы знаем о новом RAM Rampage, на днях официально представленным в Южной Америке Что мы знаем о новом RAM Rampage, на днях официально представленным в Южной Америке

Пикап длиной 5 028 мм от RAM станет достойным конкурентом Ford Maverick

4x4 Club
Обнаружено, что верблюжье молоко уменьшает тяжесть астмы Обнаружено, что верблюжье молоко уменьшает тяжесть астмы

Как употребление верблюжьего молока снижает тяжесть астмы

ТехИнсайдер
Исследование: что малый и средний бизнес в России знает про устойчивое развитие Исследование: что малый и средний бизнес в России знает про устойчивое развитие

Как в России обстоят дела с ESG?

Forbes
Ученые предсказали точную дату конца Вселенной— и он случится раньше, чем предполагалось Ученые предсказали точную дату конца Вселенной— и он случится раньше, чем предполагалось

Ученые впервые назвали точную дату конца Вселенной

Inc.
«Антикварная книга от А до Я» «Антикварная книга от А до Я»

Фрагмент из книги «Антикварная книга от А до Я» Петра Дружинина

N+1
Градация деградации: ожидает ли генеративный искусственный интеллект вырождение Градация деградации: ожидает ли генеративный искусственный интеллект вырождение

Ошибки усугубляются и в заставляют модели еще больше искажать реальность

Forbes
Нейросеть изобразила 8 популярных психологических терминов: взгляните и оцените! Нейросеть изобразила 8 популярных психологических терминов: взгляните и оцените!

Midjourney создала иллюстрации, на которых показаны психологические термины

Psychologies
Пророческий «Титан»: как роман, написанный за 14 лет до трагедии, предсказал крушение «Титаника» Пророческий «Титан»: как роман, написанный за 14 лет до трагедии, предсказал крушение «Титаника»

Неужели писателю удалось предсказать крушение «Титаника»?

ТехИнсайдер
Подвиг, который всегда с тобой Подвиг, который всегда с тобой

«Снегирь»: лучший фильм Бориса Хлебникова

Weekend
5 фактов об испанской инквизиции, о которых мало кто знает 5 фактов об испанской инквизиции, о которых мало кто знает

Оказывается, инквизиция не такая кровожадная организация, как мы привыкли думать

Maxim
Нюрка-воровка, невольница в золотой клетке и коварная обольстительница. Актриса Анастасия Ильинская — о своих ролях Нюрка-воровка, невольница в золотой клетке и коварная обольстительница. Актриса Анастасия Ильинская — о своих ролях

Актриса Анастасия Ильинская — о Театре на Бронной и своих планах на будущее

СНОБ
Как ускорить метаболизм Как ускорить метаболизм

12 способов похудеть

Лиза
Так и не стали взрослыми: дети-актеры, которые рано умерли – самые трагические истории Так и не стали взрослыми: дети-актеры, которые рано умерли – самые трагические истории

У них впереди была целая жизнь, но, увы, она внезапно оборвалась.

VOICE
Полюбить будни: как находить радость в повседневной жизни и рабочей рутине Полюбить будни: как находить радость в повседневной жизни и рабочей рутине

Отрывок из книги «Обычный вторник» — о том, как наполнить смыслом повседневность

Forbes
Действительно ли человечество морально деградирует Действительно ли человечество морально деградирует

Как часто вы слышите разговоры о том, что раньше люди были добрее?

СНОБ
Эксперт объяснил, почему ИИ в одних задачах превосходит человека, а в других делает дикие ошибки Эксперт объяснил, почему ИИ в одних задачах превосходит человека, а в других делает дикие ошибки

Инструмент, который может объяснить, как работают модели ИИ

ТехИнсайдер
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
Ограниченные данные: зачем страховым компаниям знать больше о своих клиентах Ограниченные данные: зачем страховым компаниям знать больше о своих клиентах

Почему страховые компании не всегда могут собрать и обработать данные клиентов?

Forbes
Дресс-код и шутки о погоде: что нужно знать женщине-экспату, чтобы вести бизнес в ОАЭ Дресс-код и шутки о погоде: что нужно знать женщине-экспату, чтобы вести бизнес в ОАЭ

Сложно ли женщине вести бизнес в ОАЭ?

Forbes
Дело Кэтлин Фолбигг: удивительный финал истории самой жестокой серийной детоубийцы Австралии Дело Кэтлин Фолбигг: удивительный финал истории самой жестокой серийной детоубийцы Австралии

«Самой жестокой убийцы Австралии» больше не существует

VOICE
10 самых живописных пляжей России 10 самых живописных пляжей России

Песок и галька, косы и мысы, горы и скалы

Караван историй

Грузовые суда оснастят высокотехнологичными парусами

ТехИнсайдер
«Женщины играют значительную роль в освоении арктических территорий» «Женщины играют значительную роль в освоении арктических территорий»

О важности постоянного прямого диалога с женщинами коренных народов Севера

РБК
Илья Рашкин и Игорь Гирдин Илья Рашкин и Игорь Гирдин

Бизнесмены запустили производство первого в России электрогрузомобиля

Собака.ru
Как научиться просыпаться по утрам без будильника? Как научиться просыпаться по утрам без будильника?

Как «запрограмировать» свои внутренние часы на нужный вам график?

ТехИнсайдер
Война заканчивается, а «послевойны» — никогда Война заканчивается, а «послевойны» — никогда

Побежденная Германия глазами Генриха Бёлля

Weekend
Что делать, если ребенок упрям? Советы из 1956 года Что делать, если ребенок упрям? Советы из 1956 года

Как побороть упрямство ребенка?

Psychologies
Портрет антигероя: как Джеймс Гандольфини вдохнул жизнь в Тони Сопрано и навсегда изменил телевидение Портрет антигероя: как Джеймс Гандольфини вдохнул жизнь в Тони Сопрано и навсегда изменил телевидение

«Клан Сопрано» подарил миру новый тип героя — антогониста, которому сопереживают

Правила жизни
Актриса Дарья Калмыкова о театре, музыке и главном городе своей жизни Актриса Дарья Калмыкова о театре, музыке и главном городе своей жизни

Актриса Дарья Калмыкова ответила на несколько вопросов

СНОБ
Открыть в приложении