Сила гравитации действует не только на людей, самолёты и космические корабли, но и на мельчайшие структуры вроде живых клеток. Более того, как полагают исследователи из Принстонского университета (США), именно сила гравитации заставила большинство клеток остаться такими маленькими, какими мы их знаем.

Эксперименты Марины Ферик (Marina Feric) и Клиффорда Брангуина (Clifford Brangwynne) начались с наблюдений за яйцеклетками гладкой шпорцевой лягушки. Яйцеклетки этой амфибии достигают 1 мм в диаметре, тогда как обычный размер для живых клеток — около 10 мкм. Учёные заметили, что некоторые крупные частицы, плавающие в яйцеклетках лягушки, вели себя подобно водяным каплям, сливаясь друг с другом при контакте. Однако в ядрах таких клеток ничего похожего не наблюдалось, и складывалось впечатление, что внутри ядра есть какая-то сетка, сквозь которую могут проходить совсем уж маленькие частицы, но которая удерживает от путешествий частицы более или менее крупные.


Исследователи проверили, так ли это, с помощью искусственных частиц разного размера, введённых в ядра лягушек. Частицы подтвердили верность первоначальных наблюдений: те, что поменьше, свободно плавали по ядру, а те, что покрупнее, оставались примерно на одном и том же месте.

Дальнейшие эксперименты показали, что в ядрах яйцеклеток шпорцевых лягушек и впрямь есть сетка, сложенная из нитей белка актина, известного компонента цитоскелета. Когда актин из ядра удаляли, крупные внутриядерные частицы (в журнале Nature Cell Biology авторы говорят о рибонуклеопротеинах, то есть о комплексах РНК и белков) падали вниз, как камни, брошенные в пруд. С помощью флюоресцентных меток удалось показать, что размер ячеек в актиновой сетке соответствует тому, что раньше наблюдалось с разноразмерными частицами.


Как уже сказано, клетки не дорастают до размеров, свойственных яйцеклеткам шпорцевых лягушек, и актина в их ядрах обычных меньше, и такой сетки он в них не формирует. В результате исследователи высказали предположение, что именно гравитация заставила яйцеклетки этих амфибий снабдить свои ядра развитой белковой сетью.

Размер внутриклеточных частиц (белковых, нуклеиновых, белково-нуклеиновых и т. д.) зависит от габаритов самой клетки. В обычных клетках мелкие частицы легко противостоят силе тяготения: под действием сил диффузии и внутриклеточных потоков они легко перемещаются с места на место. Но в крупных и частицы укрупняются, и теперь им нужна некая поддержка, чтобы остаться на плаву и не скапливаться на одной стороне ядра.

Считается, что живые клетки такие маленькие, потому что, будь они крупнее, это затруднило бы циркуляцию веществ внутри них; метаболизм и прочие процессы потеряли бы эффективность, и питательные вещества трудно было бы распределить по всему объёму, по всем местам, где они нужны. Однако, полагают учёные, скорее всего, свою руку тут приложила и гравитация: если бы клетки продолжали увеличиваться, им пришлось бы изобретать изощрённые цитоскелетные установки, которые не позволяли бы содержимому в беспорядке спускаться на дно. Заметим, впрочем, что в цитоплазме цитоскелет вполне развит — и у больших клеток, и у маленьких. Так что, возможно, эта дилемма — увеличиваться в размерах или остаться маленькими и обойтись без специальных скелетных приспособлений — имела значение только для клеточных ядер.

Подготовлено по материалам Принстонского университета. Изображение на заставке принадлежит Shutterstock.