Ученые обнаружили, что очень быстрые сокращения мышц, которые происходят у насекомых во время полета, судя по всему, не требуют никаких особых эволюционных механизмов, а происходят так же, как и сокращения обычных поперечнополосатых мышц у других животных. Работа опубликована в журнале Science, а ее краткое содержание можно прочитать в NatureNews.
Сокращения мышечных волокон у всех животных регулируются ионами кальция, которые при возбуждении входят в клетку и присоединяются к регуляторному белку тропонину. Это делает возможным связывание двух главных белков, участвующих в сокращении — актина и миозина. У насекомых в полете сокращения мышц могут происходить очень часто, до 500 раз в секунду (у комаров). Так как настолько быстро входить и выходить из клетки кальций не может, ученые полагали, что у насекомых в работе мышц могут участвовать какие-то особые механизмы.
После связывания кальция тропонин убирает тропомиозин с актина и миозин получает возможность с ним связаться.
Изображение: Hank van Helvete
В новой работе японские биологи показали, что такие особые механизмы для объяснения работы мышц насекомых не требуются. Выводы исследователей основаны на рентгеновских снимках мышц шмелей во время полета.
Насекомых приклеивали к держателю и снимали в рентгеновском диапазоне со сверхкороткой выдержкой. Пытающихся взлететь шмелей при этом снимали на высокоскоростную камеру. Затем рентгеновские снимки синхронизировали с кадрами, где мышцы насекомых были в одном и том же положении. Эта методика позволила ученым установить, какое положение занимают молекулы миозина во время сокращения.
Ученые выяснили, что активация мышц у шмелей во время полета происходит без участия кальция и тропонина, а благодаря скручиванию головок миозина при периодическом растяжении. Это скручивание позволяет миозину связываться с актином и начинать сокращаться. При этом возникают колебания, которые потенциально могут иметь любую частоту: одна мышца, сокращаясь, растягивает мышцу-антагонист, миозин в ней поворачивается, мышца начинает собственное сокращение и процесс повторяется.
Обнаруженный механизм не требует никаких специфичных для насекомых белков или изменений в известных белках. Так, ранее другая группа исследователей обнаружила, что у насекомых в клетках присутствуют две формы тропонина, которых нет у позвоночных. Ученые выдвигали гипотезу о том, что именно эти формы тропонина помогают насекомым активировать мышцы при растягивании. Какова роль этих форм в свете новых данных, пока не ясно.