Тонкое чувство Меркеля

Превращение одного вида энергии в другой – уникальный феномен, до сих пор полностью не освоенный технологами. Самый первый двигатель внутреннего сгорания, конвертирующий энергию химических связей в механическую, был собран всего лишь в XVIII веке, а динамо-машина, обменивающая движение на электричество – в середине XIX. Природа, что опять неудивительно, и здесь опередила человеческую мысль не на одну сотню миллионов лет.

Все наши органы чувств занимаются именно этим – превращением механического, химического, светового и других сигналов в нервный (электрический) импульс.

Причем размер биологических «конвертеров» в сотни раз меньше генераторов, фотоэлектронных умножителей и прочих технологических новинок. Зачастую достаточно одной специализированной клетки, а то и отдельного её участка.

Палочки и колбочки сетчатки, обонятельные окончания в слизистой носа и волосковые клетки в органе слуха и равновесия позволяют нам получать более 99% информации об окружающем мире «на расстоянии», не вступая с ним в контакт. Есть ещё специальные рецепторы, регистрирующие состояние внутренних органов – от концентрации углекислого газа в крови до степени сокращения той или иной мышцы.

Самыми же малоизученными, но от этого не менее значимыми до сих пор остаются, казалось бы, самые простые – механорецепторы кожи, регистрирующие силу и продолжительность любых касаний.

Всего таких механорецепторов шесть типов – тельца Пачини, Мейснера, Руффини, Меркеля, свободные нервные окончания и клетки, регистрирующие отклонение волоса (к слову, сетчатка глаза обходится всего четырьмя типами клеток – палочками и колбочками трёх цветов). Подобное разнообразие понятно тем, кто хоть раз сталкивался с измерительной техникой – мы всегда ограничены возможностями прибора: чем выше чувствительность, тем уже границы измерения. Проблема в том, что за почти полтора века ученые так и не разобрались, какой из рецепторов за что отвечает.

Конечно, здравый смысл и эмпирический опыт более-менее разделили сферы влияния: тельца Пачини, располагающиеся в подкожном жире, грубо и однократно оценивают силу давления; тельца Мейснера отвечают за тонкую чувствительность, окончания Руффини регистрируют растяжение кожи, а самые чувствительные изо всех клетки Меркеля, располагающиеся почти на поверхности, отлично регистрируют и силу, и продолжительность контакта.

Эллен Лампкин из Бейлорского медицинского колледжа и её коллеги впервые сумели экспериментально подтвердить гипотезу Фридриха Зигмунда Меркеля, высказанную аж в 1875 году.

Собственно, ничего нового о функции одноименных клеток авторы публикации в Science так и не сказали, зато теперь из учебников можно наконец-то вычеркнуть оборот «предполагается, что». Лампкин и соавторы сумели сделать то, что не удавалось на протяжении целого века – убрать один из типов рецепторов, ведь это единственный способ точно оценить функцию. Для этого ученые вывели нокаутных мышей, с рождения лишенных гена Atoh1, отвечающего за развитие дисков Меркеля.

Эти грызуны, оставшиеся без клеток Меркеля, не потеряли способность к механорецепции, но «разучились» распознавать сигналы с хорошим временным и пространственным разрешением (время или расстояние, при котором два последовательных сигнала будут восприниматься как два, а не как один).

Именно эта чувствительность обеспечивает ни с чем не сравнимое чувство шелка, умение читать рельефные буквы вслепую или контролировать натяжение струн на грифе.

Быть может, в скором будущем детализация их работы позволит создать куда более чувствительные датчики давления, а пока ученым остаётся только любоваться трехмерными реконструкциями свободно рассеянных клеток Меркеля и соединяющих нервных окончаний.

Спермии в 2 сантиметра

— 19.06.09 16:09 —

ТЕКСТ: Петр Смирнов

ФОТО: RENATE MATZKE-KARASZ

Почти в 10 раз превосходили в длину взрослый организм спермии ископаемых ракушковых (Ostracoda). К такому выводу пришли авторы публикации в Science, реконструировавшие самцов и самок нескольких ископаемых видов этих ракообразных.

В отличие от сперматозоидов позвоночных, описанные нитевидные клетки лишены жгутика, что не мешает им «заползать» внутрь женских особей. Самкам даже пришлось соответствующим образом изменить внутренние половые органы – покрыть их складками, расправляющимися по мере проникновения внутрь спермиев. Кроме того, самцам пришлось овладеть специальными выталкивающими устройствами, а самкам – длинными проводящими путями, которые позволяют манипулировать попавшими внутрь спермиями. Это превращало оба пола в настоящих «половых гигантов» – соответствующая система органов занимала более 1/3 от объема организма.

Подобные «затраты» окупаются с лихвой – гигантские клетки гораздо устойчивей к неблагоприятным условиям пресноводных водоемов, а самцы и самки ракушковых зачастую даже не сближаются для полового контакта. Кроме того, крупные спермии могли физически вытеснять мелких «собратьев», приплывших от конкурирующего самца.

По данным Ренаты Матцке-Караш и её коллег, феноменальные спермии достигали 1,8 сантиметра в длину при длине самих самцов в несколько миллиметров. А вот ныне живущие представители этого класса, хотя и сохранили черты сходства с предками, но порядком обмельчали – как по размерам взрослых форм, так и по параметрам спермиев, что, впрочем, не мешает им сохранять лидирующие позиции по относительному показателю, иногда переваливающему за 1.

Этот случай хотя и выдающийся, но не уникальный в природе – мужские половые клетки мушек Drosophila bifurca достигают в длину 6 сантиметров при размерах взрослой особи в 3–4 миллиметра. Если бы эти пропорции были постоянны, то человеческим сперматозоидам пришлось бы вымахать до 40 метров.