Высокоскоростная съёмка раскрыла, как реснички обеспечивают движение морских организмов

Новое исследование раскрыло загадку того, как микроскопические реснички координируются для движения и перемещения морских существ в воде.

Реснички — это крошечные волосовидные выросты, встречающиеся у многих организмов, включая человека и многих водных животных. Почти у всех морских планктонных организмов есть жизненная стадия с ресничками, которые действуют как микроскопические вёсла. Они необходимы для питания, движения и расселения организма в воде, избегания хищников и выбора подходящих местообитаний.

Правильная координация ресничек важна для нормальной физиологии многих организмов — от одноклеточных до человека. Однако, несмотря на десятилетия исследований, механизмы этой координации остаются спорными.

Учёные особенно изучали, как возникают скоординированные волны активности, известные как метахронные волны, которые необходимы для эффективного движения организма. Эти паттерны распространяются по массиву бьющихся ресничек, как "мексиканская волна" по толпе.

Чтобы ответить на этот вопрос, команда из Университета Эксетера изучила личинок морского червя Platynereis. Их выбрали из-за сферической формы тела с единственной полосой ресничек и очень простой нервной системы.

Исследование, опубликованное в Science Advances, использовало высокоскоростную съёмку всего тела для изучения волнового поведения и эффектов различных физических и биологических манипуляций. Статья называется "Dynamics and emergence of metachronal waves in the ciliary band of a metazoan larva".

Результаты показали беспрецедентную волновую структуру. Несмотря на иллюзию единой волны, путешествующей по всему кругу ресничной полосы, координация существует только внутри отдельных клеток, а волна не передаётся через клеточные границы.

Впервые исследование показало, что короткодействующие "стерические" взаимодействия, когда реснички "сталкиваются друг с другом", имеют решающее значение для поддержания координации в этих очень плотно упакованных ресничках.

Профессор Кёрсти Ван из Института живых систем Университета Эксетера, руководившая исследованием, сказала: "Морской планктон составляет основу пищевых сетей. Реснички имеют решающее значение для их эффективного расселения и способности контролировать своё положение в толще воды — без них морская экосистема рухнула бы.

"Используя эту уникальную модель личинки, мы обнаружили новый механизм, лежащий в основе 'мексиканской волны' ресничек, переопределяя наше понимание того, как они движутся и взаимодействуют. Мы также обнаружили, что волны удивительно устойчивы, то есть личинки всё ещё могут плавать, когда ресничная полоса повреждена случайно — очень умный эволюционный трюк и яркий пример устойчивости живых организмов".