Высокоскоростная съёмка раскрыла механизм движения морских организмов с помощью ресничек

Реснички под микроскопом. Автор: Ребекка Пун и Кёрсти Ван, Университет Эксетера

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

Реснички — это крошечные волосовидные выросты, встречающиеся у многих организмов, включая людей и многих водных животных. Почти у всех морских планктонов есть стадия жизни, когда у них есть реснички, которые действуют как микроскопические вёсла, играя фундаментальную роль в способности организма питаться, перемещаться и расселяться в воде, избегать хищников и выбирать подходящие места обитания.

Правильная координация ресничек необходима для нормальной физиологии многих организмов — от одноклеточных до человека. Однако, несмотря на десятилетия исследований, механизмы координации ресничек остаются предметом споров.

Учёные особенно изучали, как возникают скоординированные волны активности, известные как метахронные волны, которые имеют основополагающее значение для эффективного перемещения организма. Эти паттерны распространяются по массиву бьющихся ресничек, как «мексиканская волна» по толпе болельщиков.

Чтобы ответить на этот вопрос, команда Университета Эксетера изучила личинки морского червя Platynereis, выбранного за его сферическую форму тела с одной единственной полосой ресничек и очень простой нервной системой.

Их исследование, опубликованное в Science Advances, использовало высокоскоростную съёмку всего тела для изучения волнового поведения и эффектов различных физических и биологических манипуляций. Статья называется «Динамика и возникновение метахронных волн в ресничной полосе личинки многоклеточного животного».

Их результаты выявили беспрецедентную волновую структуру. Несмотря на иллюзию единой волны, путешествующей по всему кругу ресничной полосы, координация присутствует только внутри отдельных клеток, и 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, стоящий за «мексиканской волной» ресничек, переопределяя наше понимание того, как они движутся и взаимодействуют. Мы также обнаружили, что волны удивительно устойчивы, а это означает, что личинки всё ещё могут плавать, когда ресничная полоса повреждена случайно — очень умный эволюционный трюк и яркий пример устойчивости живых организмов».

Больше информации: Ребекка Пун и др., Динамика и возникновение метахронных волн в ресничной полосе личинки многоклеточного животного, Science Advances (2025). DOI: 10.1126/sciadv.adw4067. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adw4067

Источник: University of Exeter