Мир дикой природы на wwlife.ru
Вы находитесь здесь:Новости>>Новости Цитологии>>Полет шмеля задействует тот же белковый механизм, что и полет птиц

Воскресенье, 25 Август 2013 23:53

Полет шмеля задействует тот же белковый механизм, что и полет птиц

Автор 

Летающие насекомые машут крыльями с чудовищной частотой: например, у комара она может достигать 500 взмахов в секунду. И довольно долго учёные пытались выяснить, как насекомым это удаётся. Можно было бы предположить, что они машут крыльями как-то иначе, чем мы, то есть позвоночные, двигаем крыльями, лапами, ногами и руками, что у насекомых работает какой-то свой механизм. Но нет. Молекулярные исследования, проведённые в научно-исследовательском институте JASRI (Япония), привели к неожиданному результату: оказалось, никакого особенного «насекомого» механизма для махания крыльями нет, механика тут та же, что и в наших с вами мышцах. 

Схема строения мышечного волокна: в момент сокращения головки на нитях миозина (толстые красные нити с лопастями на поверхности) соединяются нитями актина (тонкие серые линии). Переступая этими головками, нить миозина протягивает мимо себя нить актина. (Рисунок Shutterstock.)Схема строения мышечного волокна: в момент сокращения головки на нитях миозина (толстые красные нити с лопастями на поверхности) соединяются нитями актина (тонкие серые линии). Переступая этими головками, нить миозина протягивает мимо себя нить актина. (Рисунок Shutterstock.)Любое мышечное сокращение начинается с того, что на мышечную клетку приходит нервный импульс, который открывает в мембране мышечной клетки каналы для ионов кальция. Кальций связывается с белком тропонином, который находится в связке с нитевидным полимерным белком актином. Ионы заставляют тропонин изменить своё положение на актине так, что с ним теперь может провзаимодействовать другой белок — миозин. Длинная молекула миозина начинает изгибаться и как бы идти по нити актина; это смещение актиновых и миозиновых нитей относительно друг друга и приводит к сокращению мышцы.

Но если речь идёт о сверхчастых сокращениях, как в случае крыльев насекомых, такой механизм не работает: кальциевые насосы просто не успевали бы включать и выключать потоки ионов в ответ на нейронный импульс. И у насекомых никаких сверхчастых потоков кальциевых ионов действительно нет. После того как к мышце приходит импульс, она начинает осциллировать, то есть в ответ на один импульс производится множество сокращений. Это можно сравнить с тем, как маятник какое-то время качается по инерции от одного-единственного толчка. При этом сокращения мышц поддерживаются сами собой: чем сильнее мышца-антагонист сократится и тем самым растянет мышцу напарника, тем сильнее потом сократится вторая мышца. То есть растяжение тут стимулирует последующее сокращение. 

Этот феномен известен давно, и свойствен он тем мышцам, от которых требуются ритмичные сокращения, — например, сердцу. Но и у сердца в ритмичных сокращениях задействованы кальциевые каналы. У насекомых же они во время работы крыльев молчат. Такую особенность пытались объяснить тем, что растяжение мышцы даёт больше возможностей миозину связаться с актином. Но это одновременно предполагало и то, что тропонину не нужна кальциевая стимуляция, чтобы освободить от себя актин, а отсюда, в свою очередь, вытекало, что сократительные белки насекомых принципиально отличаются от белков позвоночных.

Хироюки Ивамото и Наото Яги проанализировали структурные изменения в мышечных белках насекомых, происходившие во время полёта. Объектом исследования послужил шмель, которого просвечивали рентгеновскими лучами, пока он махал крыльями, и всё это снимали на камеру с частотой 5 000 кадров в секунду. Учёные убедились, что у насекомых (у шмелей по крайней мере) нет никаких принципиальных модификаций молекулярного механизма мышц. Первичный нейронный импульс запускает серию сокращений, которые поддерживаются вышеописанной «активацией на растяжение»: чем сильнее растягивается мышца, тем сильнее она потом сократится. 

Единственная особенность была в том, что растяжение провоцировало структурные деформации в миозине, из-за которых он прочнее связывался с актином, что и повышало силу сокращения. В остальном же всё было так, как обычно: и кальций-зависимое поведение тропонина, и скольжение миозина и актина друг относительно друга. Иными словами, насекомые просто реализовали скрытые возможности того же самого молекулярного механизма, с помощью которого, например, птицы машут крыльями. 

Надо сказать, что попытки сделать рентгеноструктурный «портрет» летящего насекомого предпринимались неоднократно, однако получить полную информацию о работе крыльев мешало несовершенство техники. И надо было дождаться наших дней, когда появились камеры, способные делать 40 кадров на один взмах шмелиного крыла, чтобы понять, как всё-таки насекомые летают. 

Результаты исследования опубликованы в журнале Science

 


Источник: КОМПЬЮЛЕНТА


Прочитано 6659 раз

Авторизуйтесь, чтобы получить возможность оставлять комментарии

Случайные статьи

  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • 5
Предыдущая Следующая

Мозг эволюционировал медленнее, чем мускулы млекопитающих - ученые

17-10-2012 Просмотров:7107 Новости Эволюции Антоненко Андрей - avatar Антоненко Андрей

Биологи проанализировали скорость увеличения размеров мозга и массы тела у приматов, летучих мышей и хищников и пришли к выводу, что масса мозга менялась медленнее, чем тело этих животных по мере...

"Вояджер" оказался в зачарованном месте

08-07-2013 Просмотров:7097 Новости Астрономии Антоненко Андрей - avatar Антоненко Андрей

"Вояджер" оказался в зачарованном месте

Voyager-1 за 36 лет удалился от Земли на дистанцию, более чем в 120 раз превышающую расстояние между нашей планетой и Солнцем. Однако похоже, ему так и не удалось покинуть пределы...

Почему чешуя арапаимы (пираруку)не боится челюстей пираний

16-10-2013 Просмотров:5492 Новости Зоологии Антоненко Андрей - avatar Антоненко Андрей

Почему чешуя арапаимы (пираруку)не боится челюстей пираний

Пираньи! Наверное, все знают об этих злобных рыбах с бульдожьим прикусом, стаи которых в мгновение ока разносят на клочки быка, если только почувствуют в воде его кровь. В массовой культуре...

Эволюция митохондрий рассказывает о выходе животных на сушу

29-08-2016 Просмотров:3245 Новости Генетики Антоненко Андрей - avatar Антоненко Андрей

Эволюция митохондрий рассказывает о выходе животных на сушу

Согласно мнению большинства современных (и не очень) ученых, жизнь зародилась и первое время развивалась в водной среде. Лишь впоследствии разные группы организмов – от бактерий до растений, моллюсков и позвоночных...

Описан первый в мире сочлененный скелет ценагната

19-04-2016 Просмотров:3780 Новости Палеонтологии Антоненко Андрей - avatar Антоненко Андрей

Описан первый в мире сочлененный скелет ценагната

Хорошо сохранившийся скелет некрупного двуногого динозавра канадские палеонтологи обнаружили в провинции Альберта еще в 1993 году. По итогам не слишком тщательного изучения его причислили к довольно широко распространенному и хорошо...

top-iconВверх

© 2009-2017 Мир дикой природы на wwlife.ru. При использование материала, рабочая ссылка на него обязательна.