Механизмы движения. Начало: амебоидное движение
Движение — это жизнь. Все живые организмы движутся , какие-то медленно, какие-то быстрее.
Движение — это жизнь. Все живые организмы движутся , какие-то медленно, какие-то быстрее.
Неподвижные растения движутся, медленно, но верно, эти движения называют или настиями, или тропизмами. Животные подвижны, даже прикрепленные организмы совершают движения, не перемещаясь в пространстве. Так что движение — это действительно жизнь.
Перемещается организм, его части, жидкости внутри него. Поэтому механизмы интересны специалистам и тем кто готовится стать этими специалистами. Возможно эти механизмы смогут объяснить особенности животных и их клеток, что будет интересно для тех, кто просто интересуется биологией.
Клетка является структурно функциональной единицей живого. Одноклеточные организмы подвижны и их особенности движения используются клетками в составе многоклеточных организмов. Именно поэтому наша серия статей начнется с движения одноклеточных.
Одноклеточные организмы имеют специальные органеллы для передвижения: реснички и жгутики. Эти органеллы имеют особое строение и механизмы движения, поэтому заслуживают отдельного рассмотрения, что будет сделано в следующей статье.
Второй механизм связан с перемещением за счет движения цитоплазмы, или амебоидного движения. «Ползет амеба, да по субстрату»* — именно так и перемещаются амебы и подобные им одноклеточные. Такое движение возможно если содержимое клетки жидкое и может перетекать, и, в то же время, движение жидкости внутри клетки упорядочено и имеет определенное направление.
Определение амебоидных клеток данное Левенгуком говорит, что такая клетка — это «мешочек с жидкой кашей». То есть содержимое клетки является жидкой субстанцией или плохо застывшим желе, такие растворы называют коллоидными.
Наружная или цитоплазматическая мембрана — это нерастворимая в воде (гидрофобная) пленка, которая тоже жидкая во вязкости сходная с оливковым маслом.
То есть клетка амебы — это вязкая жидкая субстанция, покрытая вязкой пленкой. Такие полужидкие конструкции легко принимают форму внешних систем как желе принимает форму чашки, в которую это желе заливают. Желе застывает и поддерживает затем свою форму самостоятельно. В то же время, если желе вытряхнуть из формы и оставить на длительное время — оно растекается, теряя прежнюю форму и оплывая под воздействием сил тяжести и внешних факторов (влажность, температура).
Клетки амеб не имеют такой формы и, казалось бы, должны растекаться в блинчик, но этого не происходит. Известно, что если нет внешнего каркаса, то для поддержания формы должен быть внутренний каркас. Эту роль и выполняет цитоскелет.
Цитоскелет — это трехмерная сеть из трубочек и нитей, расположенная внутри клетки. Эта трехмерная сеть погружена в вязкую жидкость цитоплазмы и окружена мембраной, нерастворимой в воде пленкой, особенно если сеть трубочек и нитей образует скопление под мембраной. Систему цитоскелета можно представить как комок нитей, более плотных ближе к поверхности. Этот комок насыщен полужидким желе, покрытый сверху аналогом мыльного пузыря.
Такая конструкция легко поддерживает форму, но движение требует перестройки этой формы. Такое возможно если нити могут двигаться относительно друг друга, или нити и микротрубочки легко разбираются с одной стороны и наращиваются с другой, это позволяет перестраивать трехмерную структуру в определенном направлении. Экспериментальные исследования говорят в пользу перестройки. Трубочки цитоскелета или микротрубочки образованы округлыми частицами белка тубулина, которые, объединяясь как кирпичи, образуют что-то вроде кирпичной трубы, где труба это микротрубочка, а кирпичи — белок тубулин.
В отличие от кирпичной трубы, у микротрубочек нет аналога цементной связки, поэтому микротрубочка легко собирается и легко разбирается. В случае нитей основную часть составляют нити актина, которые представляют собой цепи из округлых части белка актина, сборка и разборка таких структур еще легче, чем для трубочек. То есть все компоненты цитоскелета лабильны: легко собираются и разбираются.
Итак, все составляющие системы рассмотрены и можно представить процесс перемещения.
Цитоскелет его нити и микротрубочки образуют шарообразный комок, более плотный ближе к поверхности, жидкое содержимое клетки заполняет просветы между нитями и трубочками, сверху жидкая мембрана.
Когда обнаруживается нужное направление начинается нарастание пучка актиновых нитей и микротрубочек, жидкость пассивно перетекает за ними, а мембрана растягивается, образуется вырост цитоскелета и цитоплазмы. Такой вырост, окруженный мембраной называют псевдоподией или ложноножкой. Эта псевдоподия образует контакт с субстратом и прикрепляется к нему, в результате клетка закрепляется (пока частично) на новой территории. Затем происходит отсоединение мембраны остальной части клетки, в результате клетка крепится к субстрату только за счет прикрепления ложноножки к субстрату.
Параллельно происходит рост нитей актина и микротрубочек в сторону ложноножки. Но растет не один пучок, а во всем объеме, а в открепленной противоположной направлению роста ложноожки части клетки происходит разбора цитоскелета.
То есть сначала он растет частично, формируя вырост, чтобы не вызывать разрыва цитоплазмы и мембраны, это вырост крепится к субстрату, а затем происходит массовое увеличение нитей и микротрубочек цитоскелета в направлении роста ложноножки. Противоположные концы разбираются, происходит направленная перестройка трехмерной сети цитоскетлета.
В некотором приближении, как аналогию, можно привести такой пример: человек с двумя кусками полиэтиленовой пленки перемещается через помещение со свежеокрашенным полом, краска на котором высохла не до конца . Задача — не испортить покрытие пола и не испачкать обувь. Укладываем на пол пленку, наступаем на нее. Укладываем перед собой второй кусок, перешагиваем на него. Оборачиваемся, подцепляем кончиком ногтя край первого куска на полу, отслаиваем, перекладываем перед собой. Переходим уже на второй кусок полиэтилена, оборачиваемся… И, таким вот образом, медленно, но верно, пока не доберемся до выхода.
Именно так и происходит перемещение цитоскелета клетки: компоненты цитоскелета собираются в одном направлении и разбираются с противоположного, жидкие компоненты клетки или пассивно или в связи с цитоскелетом перетекают за его перемещением, также перемещается и мембрана.
Вот так и перемещается амеба по субстрату.
В следующей серии будет рассмотрен процесс работы жгутиков и ресничек.
* — в тексте цитирована фраза из песни, составляющей биофаковский фольклор. Установить авторство не представляется возможным.
Ползет амеба, да по субстрату,
Махает псевдоподией.
А ей положено по штату
Такой быть уродиной.
Нет стройных ножек, нет красных губок,
Один лишь голый протопласт,
И вот такие вот уроды
Простейших составляют класс.
Нет размноженья полового
В различных вариациях,
Не наслаждаются партнеры
Взаимной коньюгацией.
